JP5043774B2

JP5043774B2 - Microstrip line antenna

Info

Publication number: JP5043774B2
Application number: JP2008202785A
Authority: JP
Inventors: 昌孝安川
Original assignee: Furuno Electric Co Ltd
Current assignee: Furuno Electric Co Ltd
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2008-08-06
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2028-08-06
Also published as: JP2010041465A

Description

本発明は、マイクロストリップラインアンテナの構成に関する。 The present invention relates to a configuration of a microstrip line antenna.

小型且つ高利得のアンテナを得ることを目的として、各種の構成のアンテナが提案されている。このようなアンテナとしては、例えば以下の特許文献が開示する構成のものがある。
特開２０００−２０９０２２号公報特開２００５−１３０４６４号公報 In order to obtain a small and high gain antenna, antennas of various configurations have been proposed. As such an antenna, there exists a thing of the structure which the following patent documents disclose, for example.
JP 2000-209022 A JP 2005-130464 A

一方、従来よりマイクロストリップラインアンテナが知られている。マイクロストリップラインアンテナは、マイクロストリップラインからの輻射を利用したアンテナである。このようなマイクロストリップラインアンテナとしては、例えば特許文献３が開示する構成のものがある。
特許第２７１９５９２号公報 On the other hand, a microstrip line antenna has been conventionally known. A microstrip line antenna is an antenna that utilizes radiation from a microstrip line. As such a microstrip line antenna, there exists a thing of the structure which patent document 3 discloses, for example.
Japanese Patent No. 2719592

従来のマイクロストリップラインアンテナの例を図１１に示す。図に示すように、このマイクロストリップラインアンテナ１０１は、誘電体層１０５の表面に形成されたマイクロストリップライン導体１０２と、誘電体層１０５の背面に形成されたグランド導体１０３を主に備えている。 An example of a conventional microstrip line antenna is shown in FIG. As shown in the figure, the microstrip line antenna 101 mainly includes a microstrip line conductor 102 formed on the surface of the dielectric layer 105 and a ground conductor 103 formed on the back surface of the dielectric layer 105. .

マイクロストリップライン導体１０２は、給電ポート１０２ａと、整合終端ポート１０２ｂと、を備える。給電ポート１０２ａは図略の給電装置に、整合終端ポート１０２ｂは図略の整合負荷に、それぞれ接続されている。この構成で、給電装置によって給電ポート１０２ａに高周波電流を供給することにより、マイクロストリップライン導体１０２に進行波が伝播する。上記進行波はマイクロストリップライン導体１０２上を折曲して進行するため、前記進行波の線路波長に対してマイクロストリップライン導体１０２の形状を適切に形成することにより、所定周波数帯域の円偏波又は直線偏波を送受信することが可能である。このようなマイクロストリップラインアンテナは、進行波型アンテナであるため広帯域性に優れている。 The microstrip line conductor 102 includes a power feeding port 102a and a matching termination port 102b. The power supply port 102a is connected to a power supply device (not shown), and the matching termination port 102b is connected to a matching load (not shown). With this configuration, a traveling wave propagates to the microstrip line conductor 102 by supplying a high-frequency current to the power feeding port 102 a by the power feeding device. Since the traveling wave is bent and travels on the microstrip line conductor 102, the shape of the microstrip line conductor 102 is appropriately formed with respect to the line wavelength of the traveling wave, so that the circularly polarized wave in a predetermined frequency band is obtained. Alternatively, linearly polarized waves can be transmitted and received. Since such a microstrip line antenna is a traveling wave antenna, it has excellent broadband characteristics.

上記のマイクロストリップライン導体１０２の形状としては、図１１に示すクランク型以外にも例えばランパート型、チェイン型、ループ型等が知られているが、何れの場合も１素子では放射効率が低いため、図１１のようにアレイ化が必要であった。そのため、アンテナが大型化するとともに、パッチアンテナのような広い指向角を実現することが困難であった。 As the shape of the microstrip line conductor 102, for example, a rampart type, a chain type, a loop type, and the like other than the crank type shown in FIG. 11 are known. However, in any case, the radiation efficiency is low in one element. As shown in FIG. 11, an array was necessary. For this reason, the antenna becomes larger and it is difficult to realize a wide directivity angle like a patch antenna.

また、従来のマイクロストリップアンテナは放射効率を上げるためにライン幅を太くする必要があり、この点でもアンテナが大型化していた。更に、放射効率を上げるために誘電体損失の小さい高価な材料を用いなければならず、コストも高価なものになっていた。 Further, the conventional microstrip antenna needs to have a wide line width in order to increase the radiation efficiency, and the antenna is also enlarged in this respect. Furthermore, in order to increase the radiation efficiency, an expensive material with a small dielectric loss has to be used, and the cost is also expensive.

また、図１１のように多数の素子を形成してマイクロストリップライン導体１０２が長くなると、進行波型アンテナであるため、給電ポート１０２ａと整合終端ポート１０２ｂとで電流分布が非対称となってしまい、この点でも改善の余地が残されていた。 Further, when a large number of elements are formed as shown in FIG. 11 and the microstrip line conductor 102 becomes long, the current distribution becomes asymmetric between the feeding port 102a and the matching termination port 102b because it is a traveling wave type antenna, There was still room for improvement in this respect.

本願発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、その目的は、１素子で高利得かつ広帯域を実現可能なマイクロストリップラインアンテナを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a microstrip line antenna capable of realizing a high gain and a wide band with one element.

課題を解決するための手段及び効果Means and effects for solving the problems

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。 The problems to be solved by the present invention are as described above. Next, means for solving the problems and the effects thereof will be described.

本発明の観点によれば、以下の構成のマイクロストリップラインアンテナが提供される。即ち、このマイクロストリップラインアンテナは、マイクロストリップライン導体と、グランド導体と、誘電体と、を備える。前記マイクロストリップライン導体は、その一端と他端を近接させてループ状に形成され、当該ループの１周の長さが概ね１波長である。前記グランド導体は、前記マイクロストリップライン導体と平行に配置される。前記誘電体は、前記マイクロストリップライン導体から見て前記グランド導体が配置されている側と反対側に配置される。なお、「長さが概ね１波長」とは、電気的に見たときのマイクロストリップライン導体の長さ（電気長）が概ね１波長であることをいう。 According to an aspect of the present invention, a microstrip line antenna having the following configuration is provided. That is, the microstrip line antenna includes a microstrip line conductor, a ground conductor, and a dielectric. The microstrip line conductor is formed in a loop shape with one end and the other end being close to each other, and the length of one circumference of the loop is approximately one wavelength. The ground conductor is disposed in parallel with the microstrip line conductor. The dielectric is disposed on the side opposite to the side on which the ground conductor is disposed as viewed from the microstrip line conductor. “The length is approximately one wavelength” means that the length (electric length) of the microstrip line conductor when viewed electrically is approximately one wavelength.

これにより、マイクロストリップラインアンテナの特徴である広帯域性を損なうことなく、誘電体を配置することにより利得を向上させることができる。従って、１素子で高利得かつ広帯域を実現する円偏波マイクロストリップラインアンテナを提供することができる。また、１素子で高利得を実現できるためにアレイ化する必要がなく、これにより小型で広い指向角を持つアンテナを提供することができる。 Thus, the gain can be improved by disposing the dielectric without impairing the broadband property that is characteristic of the microstrip line antenna. Therefore, it is possible to provide a circularly polarized microstrip line antenna that achieves a high gain and a wide band with one element. In addition, since a high gain can be realized with one element, it is not necessary to form an array, thereby providing a small antenna having a wide directivity angle.

前記のマイクロストリップラインアンテナにおいては、前記誘電体が回転体状に形成されていることが好ましい。 In the microstrip line antenna, it is preferable that the dielectric is formed into a rotating body.

これにより、良好に円偏波を発生させることができる。 Thereby, a circularly polarized wave can be generated satisfactorily.

前記のマイクロストリップラインアンテナにおいては、前記誘電体が半球状に形成されていることが好ましい。 In the microstrip line antenna, the dielectric is preferably formed in a hemispherical shape.

即ち、誘電体を上記のように構成することにより、マイクロストリップラインアンテナの特徴である広帯域特性を維持しつつ、放射効率を大幅に向上させることができる。 That is, by configuring the dielectric as described above, it is possible to greatly improve the radiation efficiency while maintaining the wideband characteristics that are characteristic of the microstrip line antenna.

前記のマイクロストリップラインアンテナにおいては、前記誘電体が円柱状に形成されているように構成することもできる。 The microstrip line antenna may be configured such that the dielectric is formed in a cylindrical shape.

前記のマイクロストリップラインアンテナにおいては、前記誘電体の直径は、前記マイクロストリップライン導体の外形輪郭に外接する円の直径と略一致するように構成されていることが好ましい。 In the microstrip line antenna, the diameter of the dielectric is preferably configured to substantially match the diameter of a circle circumscribing the outer contour of the microstrip line conductor.

これにより、マイクロストリップライン導体から誘電体に対して良好に給電することができる。 Thereby, it is possible to satisfactorily feed power from the microstrip line conductor to the dielectric.

前記のマイクロストリップラインアンテナにおいては、前記マイクロストリップライン導体は、一端が給電部に接続され、他端が整合終端部に接続されていることが好ましい。 In the microstrip line antenna, it is preferable that one end of the microstrip line conductor is connected to the feeding portion and the other end is connected to the matching terminal portion.

即ち、マイクロストリップラインは整合ラインで良く、送受信回路との接続にインピーダンス変換回路を必要としないため、上記のように構成することが好適である。 That is, the microstrip line may be a matching line, and an impedance conversion circuit is not required for connection with the transmission / reception circuit. Therefore, the microstrip line is preferably configured as described above.

前記のマイクロストリップラインアンテナにおいては、前記給電部及び前記整合終端部の接続先である前記マイクロストリップライン導体の両端を切替可能に構成されていることが好ましい。 In the microstrip line antenna, it is preferable that both ends of the microstrip line conductor, which is a connection destination of the power feeding unit and the matching termination unit, can be switched.

これにより、右旋円偏波と左旋円偏波を切り替えて容易に対応することができる。 As a result, it is possible to easily cope with switching between right-hand circular polarization and left-hand circular polarization.

次に、図面を参照して発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る円偏波マイクロストリップラインアンテナ１１の外観斜視図である。図２はマイクロストリップラインアンテナ１１の側面図、図３はマイクロストリップラインアンテナ１１の平面図である。 Next, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an external perspective view of a circularly polarized microstrip line antenna 11 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a side view of the microstrip line antenna 11, and FIG. 3 is a plan view of the microstrip line antenna 11.

図１から図３に示す本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１１は、マイクロストリップライン導体２と、グランド導体３と、誘電体４１と、を主に備えている。 The microstrip line antenna 11 of the present embodiment shown in FIGS. 1 to 3 mainly includes a microstrip line conductor 2, a ground conductor 3, and a dielectric 41.

マイクロストリップライン導体２は一定の厚みを有する扁平な金属部材とされている。また、ループ導体２はその一端と他端を近接させて略Ｃ字形（一部を切り欠いた円形）のループ状に形成さるとともに、当該ループの線幅が一定となるように構成されている。マイクロストリップライン導体２の下側には、前記Ｃ字形（ループ形状）を含む平面と平行になるように平板状のグランド導体３が配置されている。図２に示すように、マイクロストリップライン導体２とグランド導体３との間には空隙５が形成されている。 The microstrip line conductor 2 is a flat metal member having a certain thickness. Further, the loop conductor 2 is formed in a substantially C-shaped (circular shape with a part cut) with one end and the other end thereof close to each other, and the line width of the loop is constant. . A flat ground conductor 3 is arranged below the microstrip line conductor 2 so as to be parallel to a plane including the C-shape (loop shape). As shown in FIG. 2, a gap 5 is formed between the microstrip line conductor 2 and the ground conductor 3.

前記マイクロストリップライン導体２の一端には第１接続部２ａ、他端には第２接続部２ｂが形成されている。また、前記グランド導体３の裏側（マイクロストリップライン導体２が配置されている側と反対の面）には、給電ポート（給電部）６と整合終端ポート（整合終端部）７が配置されている。 A first connecting portion 2a is formed at one end of the microstrip line conductor 2, and a second connecting portion 2b is formed at the other end. Further, a feeding port (feeding portion) 6 and a matching termination port (matching termination portion) 7 are disposed on the back side of the ground conductor 3 (the surface opposite to the side where the microstrip line conductor 2 is disposed). .

前記給電ポート６及び整合終端ポート７は公知の同軸ケーブルとして構成されており、給電ポート６は図略の給電装置に、整合終端ポート７は図略の整合負荷に、それぞれ接続されている。前記給電ポート６の同軸ケーブルは、中心導体６ａと、当該中心導体６ａの周囲に同軸状に配置される同軸外導体６ｂと、中心導体と同軸外導体の間に配置される図略の絶縁体と、を備えている。また、整合終端ポート７の同軸ケーブルも同様に、中心導体７ａと、同軸外導体７ｂと、図略の絶縁体と、を備えている。 The feeding port 6 and the matching termination port 7 are configured as a known coaxial cable. The feeding port 6 is connected to a power supply device (not shown), and the matching termination port 7 is connected to a matching load (not shown). The coaxial cable of the power feeding port 6 includes a center conductor 6a, a coaxial outer conductor 6b disposed coaxially around the center conductor 6a, and an unillustrated insulator disposed between the center conductor and the coaxial outer conductor. And. Similarly, the coaxial cable of the matching termination port 7 includes a center conductor 7a, a coaxial outer conductor 7b, and an insulator (not shown).

グランド導体３の前記第１接続部２ａ及び第２接続部２ｂに対応する位置には、図略の挿通孔が形成されている。そして、給電ポート６の中心導体６ａ及び整合終端ポート７の中心導体７ａは、グランド導体３の裏面から表面（マイクロストリップライン導体２が配置されている側の面）に前記挿通孔を介して通され、中心導体６ａは第１接続部２ａに、中心導体７ａは第２接続部２ｂに、それぞれ電気的に接続されている。なお、中心導体６ａ及び７ａは、前記挿通孔を非接触で通過しており、グランド導体３に対しては非接続であるように構成されている。 An insertion hole (not shown) is formed at a position corresponding to the first connection portion 2a and the second connection portion 2b of the ground conductor 3. The center conductor 6a of the power feeding port 6 and the center conductor 7a of the matching termination port 7 are passed through the insertion hole from the back surface of the ground conductor 3 to the surface (the surface on the side where the microstrip line conductor 2 is disposed). The center conductor 6a is electrically connected to the first connection portion 2a, and the center conductor 7a is electrically connected to the second connection portion 2b. The central conductors 6a and 7a pass through the insertion hole in a non-contact manner and are configured not to be connected to the ground conductor 3.

また、給電ポート６の同軸外導体６ｂ及び整合終端ポート７の同軸外導体７ｂは、それぞれグランド導体３と電気的に接続されている。 The coaxial outer conductor 6b of the power feeding port 6 and the coaxial outer conductor 7b of the matching termination port 7 are electrically connected to the ground conductor 3, respectively.

マイクロストリップライン導体２の上側（マイクロストリップライン導体２から見て前記グランド導体３の反対側）には、誘電体４１が配置（装荷）されている。この誘電体４１は、マイクロストリップライン導体２のＣ字型ループを含む平面と直交する直線を軸とする回転体状に（具体的には半球状に）形成されている。 On the upper side of the microstrip line conductor 2 (opposite side of the ground conductor 3 when viewed from the microstrip line conductor 2), a dielectric 41 is disposed (loaded). The dielectric 41 is formed in a rotating body (specifically, hemispherical) having a straight line perpendicular to the plane including the C-shaped loop of the microstrip line conductor 2 as an axis.

以上の構成で、前記給電装置によって高周波電流を供給することにより、マイクロストリップライン導体２に進行波を伝播させることができる。そして、マイクロストリップライン導体２のループ１周の電気的な長さを波長とほぼ一致させることにより、円偏波を発生させて、誘電体４１を介して放射させることができる。 With the above configuration, a traveling wave can be propagated to the microstrip line conductor 2 by supplying a high-frequency current from the power feeding device. Then, by making the electrical length of the circumference of the loop of the microstrip line conductor 2 substantially coincide with the wavelength, circularly polarized waves can be generated and radiated through the dielectric 41.

なお、マイクロストリップライン導体２に対して上記のように給電装置及び整合負荷を接続すると右旋円偏波が発生するが、給電装置及び整合負荷の接続先を逆にすることにより左旋円偏波を発生させることができる。また、例えば適宜のスイッチを設けることにより、上記接続先を切替可能とし、右旋と左旋の両方の円偏波に対応できるようにすることもできる。 Note that right-handed circularly polarized light is generated when the power feeding device and the matching load are connected to the microstrip line conductor 2 as described above. However, left-handed circular polarization is achieved by reversing the connection destination of the power feeding device and the matching load. Can be generated. Further, for example, by providing an appropriate switch, the connection destination can be switched so that both right-handed and left-handed circularly polarized waves can be handled.

次に、本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１１の構成を更に具体的に説明する。この実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１１は、５．８ＧＨｚ帯の右旋円偏波マイクロストリップラインアンテナとして構成されたものである。なお、以下で説明するマイクロストリップラインアンテナ１１の寸法、形状などは、使用する帯域に応じて適宜変更可能であることは勿論である。 Next, the configuration of the microstrip line antenna 11 of the present embodiment will be described more specifically. The microstrip line antenna 11 of this embodiment is configured as a right-hand circularly polarized microstrip line antenna of 5.8 GHz band. Needless to say, the dimensions, shape, and the like of the microstrip line antenna 11 described below can be appropriately changed according to the band to be used.

以下、主に図３を参照して説明する。マイクロストリップライン導体２は、一定の厚みを有し、当該マイクロストリップライン導体が構成するＣ字型ループの直径方向の線幅Ｗ１が５ｍｍで一定の円弧形状（Ｃ字形）となるように形成されている。前記Ｃ字の外径Ｄ１は２２．５ｍｍ、内径Ｄ２は１２．５ｍｍである。 Hereinafter, description will be made mainly with reference to FIG. The microstrip line conductor 2 has a constant thickness, and is formed such that the line width W1 in the diameter direction of the C-shaped loop formed by the microstrip line conductor is 5 mm and has a constant arc shape (C shape). ing. The C-shaped outer diameter D1 is 22.5 mm, and the inner diameter D2 is 12.5 mm.

グランド導体３は、縦幅Ｌ１及び横幅Ｌ２を何れも６０ｍｍとし、マイクロストリップライン導体２の外径Ｄ１に対して相当に大きいサイズとされている。また、マイクロストリップライン導体２とグランド導体３との間の空隙５の大きさ（図２で示す高さｈ１）は、１ｍｍとなっている。 The ground conductor 3 has a longitudinal width L1 and a lateral width L2 of 60 mm, and is considerably larger than the outer diameter D1 of the microstrip line conductor 2. Further, the size of the gap 5 (height h1 shown in FIG. 2) between the microstrip line conductor 2 and the ground conductor 3 is 1 mm.

誘電体４１は、半球状に形成されるとともに、当該半球の直径がマイクロストリップライン導体２の外径Ｄ１＝２２．５ｍｍと一致するように構成されている。また、誘電体４１はその比誘電率が６となるように構成されている。そして、この誘電体４１は、前記半球の底面がマイクロストリップライン導体２の方向を向くとともに、当該半球の底面がマイクロストリップライン導体２のＣ字型ループを含む平面と平行となるようにして、当該マイクロストリップライン導体２上に装荷されている。また、整合終端ポート７に接続されている図略の整合負荷は５０Ωとされている。 The dielectric body 41 is formed in a hemispherical shape, and is configured such that the diameter of the hemispherical surface matches the outer diameter D1 = 22.5 mm of the microstrip line conductor 2. Further, the dielectric 41 is configured such that its relative dielectric constant is 6. The dielectric 41 has the hemispherical bottom faced in the direction of the microstripline conductor 2 and the hemispherical bottom face is parallel to the plane including the C-shaped loop of the microstripline conductor 2, The microstrip line conductor 2 is loaded. The matching load (not shown) connected to the matching termination port 7 is 50Ω.

以上のようにマイクロストリップラインアンテナ１１を構成することにより、マイクロストリップライン導体２の１周の電気的な長さが概ね５．８ＧＨｚ帯の１波長分とされている。 By configuring the microstripline antenna 11 as described above, the electrical length of one circumference of the microstripline conductor 2 is set to approximately one wavelength in the 5.8 GHz band.

図４及び図５は、本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１１を用いた場合の特性について示したものである。図４（ａ）は本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１１の天頂方向における軸比の周波数特性のシミュレーション結果、図５（ａ）は本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１１の利得周波数特性のシミュレーション結果をそれぞれ示したグラフである。また、本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１１と比較するため、図１０に示すような、誘電体を備えていない単一ループマイクロストリップラインアンテナ１０のシミュレーション結果も図４（ｂ）、図５（ｂ）に併せて示した。なおこの比較対象の単一ループマイクロストリップラインアンテナ１０は、誘電体を備えていないことを除いて本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１１と同様の構成であるので、詳細な説明は省略する。 4 and 5 show the characteristics when the microstrip line antenna 11 of this embodiment is used. 4A is a simulation result of the frequency characteristic of the axial ratio in the zenith direction of the microstrip line antenna 11 of the present embodiment, and FIG. 5A is a simulation result of the gain frequency characteristic of the microstrip line antenna 11 of the present embodiment. It is the graph which showed each. Further, for comparison with the microstrip line antenna 11 of the present embodiment, the simulation results of the single loop microstrip line antenna 10 not including a dielectric as shown in FIG. 10 are also shown in FIGS. Also shown in b). Note that the single-loop microstrip line antenna 10 to be compared has the same configuration as the microstrip line antenna 11 of the present embodiment except that it does not include a dielectric, and thus detailed description thereof is omitted.

まず、図４に示した天頂方向における軸比の周波数特性について説明する。グラフの縦軸は円偏波の長軸と短軸の軸比であり、長軸の長さと短軸の長さが一致する完全円偏波の軸比が０ｄＢである。また一般に、円偏波アンテナとして良好な特性を得ることができる軸比は３ｄＢ以下とされる。 First, the frequency characteristic of the axial ratio in the zenith direction shown in FIG. 4 will be described. The vertical axis of the graph is the axial ratio between the major axis and the minor axis of circularly polarized wave, and the axial ratio of perfect circularly polarized wave in which the length of the major axis coincides with the length of the minor axis is 0 dB. In general, the axial ratio capable of obtaining good characteristics as a circularly polarized antenna is 3 dB or less.

図４（ａ）に示すように、誘電体４１を備えたマイクロストリップラインアンテナ１１の軸比３ｄＢ帯域幅は比帯域１２％以上であった。一方、図４（ｂ）に示すように、誘電体を備えない単一ループマイクロストリップラインアンテナ１０の軸比３ｄＢ帯域幅は比帯域１４％以上であった。以上のように、誘電体４１の装荷によりマイクロストリップラインアンテナの特徴である広帯域特性は若干劣化するものの、依然として軸比３ｄＢ帯域幅を比帯域で１２％以上確保しており、極めて良好であることが判る。 As shown in FIG. 4A, the axial ratio 3 dB bandwidth of the microstrip line antenna 11 provided with the dielectric 41 was 12% or more. On the other hand, as shown in FIG. 4B, the axial ratio 3 dB bandwidth of the single loop microstrip line antenna 10 not including a dielectric was 14% or more. As described above, although the broadband characteristics that are the characteristics of the microstrip line antenna are slightly deteriorated by the loading of the dielectric material 41, the axial ratio of 3 dB bandwidth is still secured at 12% or more in the specific band, which is very good. I understand.

また、図４（ａ）に示すように、誘電体４１を備えたマイクロストリップラインアンテナ１１の最適軸比は０．５ｄＢ（周波数＝５．７５ＧＨｚのときの値）であった。一方、図４（ｂ）に示すように、誘電体を備えない単一ループマイクロストリップラインアンテナ１０の最適軸比は１．９ｄＢ（周波数＝６．２５ＧＨｚのときの値）であった。以上のように、誘電体の装荷により最適軸比が１．９ｄＢから０．５ｄＢに改善されていることが判る。 Further, as shown in FIG. 4A, the optimum axial ratio of the microstrip line antenna 11 provided with the dielectric 41 was 0.5 dB (value when the frequency = 5.75 GHz). On the other hand, as shown in FIG. 4B, the optimum axial ratio of the single-loop microstrip line antenna 10 not including a dielectric was 1.9 dB (value at a frequency = 6.25 GHz). As described above, it can be seen that the optimum axial ratio is improved from 1.9 dB to 0.5 dB by loading the dielectric.

次に、図５に示した天頂方向における絶対利得の周波数特性について説明する。図５（ｂ）に示すように、誘電体を備えない単一ループマイクロストリップラインアンテナ１０は、最適軸比周波数（６．２５ＧＨｚ）における絶対利得が１．９ｄＢｉであり、低い放射効率であるといえる。一方、図５（ａ）に示すように、誘電体４１を備えたマイクロストリップラインアンテナ１１は、最適軸比周波数（５．７５ＧＨｚ）における絶対利得が８．４ｄＢｉであった。以上のように、誘電体の装荷により放射効率が大幅に向上した。また、図５（ａ）に示すように、マイクロストリップラインアンテナ１１は絶対利得８ｄＢｉの帯域が比帯域で１２％以上確保できており、非常に広帯域な特性を得ることができている。 Next, frequency characteristics of absolute gain in the zenith direction shown in FIG. 5 will be described. As shown in FIG. 5B, the single-loop microstrip line antenna 10 that does not include a dielectric has an absolute gain of 1.9 dBi at an optimum axial ratio frequency (6.25 GHz) and low radiation efficiency. I can say that. On the other hand, as shown in FIG. 5A, the microstrip line antenna 11 provided with the dielectric 41 has an absolute gain of 8.4 dBi at the optimum axial ratio frequency (5.75 GHz). As described above, the radiation efficiency is greatly improved by loading the dielectric. Further, as shown in FIG. 5A, the microstrip line antenna 11 has an absolute gain of 8 dBi in a band of 12% or more in a specific band, and a very wide band characteristic can be obtained.

以上に説明したように、本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１１は、マイクロストリップライン導体２と、グランド導体３と、誘電体４１と、を備えている。マイクロストリップライン導体２は、その一端と他端を近接させてループ状に形成され、当該ループの１周の長さが概ね１波長である。グランド導体３は、マイクロストリップライン導体２と平行に配置される。誘電体４１は、マイクロストリップライン導体２から見てグランド導体３が配置されている側と反対側に配置される。 As described above, the microstrip line antenna 11 of the present embodiment includes the microstrip line conductor 2, the ground conductor 3, and the dielectric 41. The microstrip line conductor 2 is formed in a loop shape with one end and the other end being close to each other, and the length of one circumference of the loop is approximately one wavelength. The ground conductor 3 is disposed in parallel with the microstrip line conductor 2. The dielectric 41 is disposed on the side opposite to the side on which the ground conductor 3 is disposed when viewed from the microstrip line conductor 2.

これにより、マイクロストリップラインアンテナの特徴である広帯域性を損なうことなく、誘電体４１を配置することにより利得を向上させることができる。従って、１素子で高利得かつ広帯域を実現する円偏波マイクロストリップラインアンテナ１１を提供することができる。また、１素子で高利得を実現できるためにアレイ化する必要がなく、これにより小型で広い指向角を持つアンテナを提供することができる。 Thereby, the gain can be improved by disposing the dielectric material 41 without impairing the broadband property that is a feature of the microstrip line antenna. Accordingly, it is possible to provide the circularly polarized microstrip line antenna 11 that realizes a high gain and a wide band with one element. In addition, since a high gain can be realized with one element, it is not necessary to form an array, thereby providing a small antenna having a wide directivity angle.

また、本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１１において、誘電体４１は回転体状に形成されている。 In the microstrip line antenna 11 of the present embodiment, the dielectric 41 is formed in a rotating body.

また、本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１１において、誘電体４１は半球状に形成されている。 Further, in the microstrip line antenna 11 of the present embodiment, the dielectric 41 is formed in a hemispherical shape.

即ち、誘電体４１を上記のように構成することにより、マイクロストリップラインアンテナの特徴である広帯域特性を維持しつつ、放射効率を大幅に向上させることができる。 That is, by configuring the dielectric 41 as described above, it is possible to significantly improve the radiation efficiency while maintaining the broadband characteristics that are characteristic of the microstrip line antenna.

また、本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１１において、誘電体４１の外形は、マイクロストリップライン導体２の外径Ｄ１と略一致するように構成されている。 In the microstrip line antenna 11 of the present embodiment, the outer shape of the dielectric 41 is configured to substantially match the outer diameter D1 of the microstrip line conductor 2.

これにより、マイクロストリップライン導体２から誘電体４１に対して良好に給電することができる。 As a result, it is possible to supply power from the microstrip line conductor 2 to the dielectric 41 satisfactorily.

また、本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１１において、マイクロストリップライン導体２は、一端が給電ポート６に接続され、他端は整合終端ポート７に接続されている。 In the microstrip line antenna 11 of the present embodiment, the microstrip line conductor 2 has one end connected to the feeding port 6 and the other end connected to the matching termination port 7.

なお、前記マイクロストリップラインアンテナ１１は、給電ポート６及び整合終端ポート７の接続先であるマイクロストリップライン導体２の両端を切替可能に構成することもできる。 Note that the microstrip line antenna 11 can be configured to be switchable between both ends of the microstrip line conductor 2 to which the feeding port 6 and the matching termination port 7 are connected.

この場合、機器の用途等に応じて、右旋円偏波と左旋円偏波を切り替えて容易に対応することができる。 In this case, it is possible to easily cope with the problem by switching between right-handed circularly polarized wave and left-handed circularly polarized wave according to the application of the device.

次に、上記実施形態の変形例について、図６から図８までを参照して説明する。図６は本実施形態に係るマイクロストリップラインアンテナ１２の外観斜視図、図７はマイクロストリップラインアンテナ１２の側面図、図８はマイクロストリップラインアンテナ１２の平面図である。図に示すように、本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１２においては、誘電体４２を円柱状に構成している。なお、前述の実施形態と同一又は類似の構成については前記実施形態と同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。 Next, modified examples of the above embodiment will be described with reference to FIGS. 6 is an external perspective view of the microstrip line antenna 12 according to the present embodiment, FIG. 7 is a side view of the microstrip line antenna 12, and FIG. 8 is a plan view of the microstrip line antenna 12. As shown in the drawing, in the microstrip line antenna 12 of the present embodiment, the dielectric 42 is formed in a cylindrical shape. In addition, about the structure same or similar to the above-mentioned embodiment, the same code | symbol as the said embodiment is attached | subjected, and description may be abbreviate | omitted.

マイクロストリップライン導体２は、一定の厚みを有し、当該マイクロストリップライン導体が構成するＣ字型ループの直径方向の線幅Ｗ２が４ｍｍで一定の円弧形状（Ｃ字形）となるように形成されている。前記Ｃ字の外径Ｄ３は２１ｍｍ、内径Ｄ４は１３ｍｍである。 The microstrip line conductor 2 has a constant thickness, and is formed such that the line width W2 in the diameter direction of the C-shaped loop formed by the microstrip line conductor is 4 mm and has a constant arc shape (C shape). ing. The C-shaped outer diameter D3 is 21 mm, and the inner diameter D4 is 13 mm.

グランド導体３は、縦幅Ｌ１及び横幅Ｌ２を何れも６０ｍｍとし、マイクロストリップライン導体２の外径Ｄ３に対して相当に大きいサイズとされている。また、マイクロストリップライン導体２とグランド導体３との間の空隙５の大きさ（図２で示す高さｈ１）は、１ｍｍとなっている。 The ground conductor 3 has a vertical width L1 and a horizontal width L2 of 60 mm, and is considerably larger than the outer diameter D3 of the microstrip line conductor 2. Further, the size of the gap 5 (height h1 shown in FIG. 2) between the microstrip line conductor 2 and the ground conductor 3 is 1 mm.

誘電体４２は、円柱状に形成されるとともに、その直径がマイクロストリップライン導体２の外径Ｄ３＝２１ｍｍと一致するように構成されている。また、当該円柱の高さ（図２で示す高さｈ２）は８ｍｍとされる。 The dielectric 42 is formed in a cylindrical shape, and is configured such that its diameter matches the outer diameter D3 of the microstripline conductor 2 = 21 mm. The height of the cylinder (height h2 shown in FIG. 2) is 8 mm.

以上のように構成されたマイクロストリップラインアンテナ１２の特性を図９に示す。図９（ａ）は本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１２の天頂方向における軸比の周波数特性のシミュレーション結果、図９（ｂ）は本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１２の利得周波数特性のシミュレーション結果をそれぞれ示したグラフである。 FIG. 9 shows the characteristics of the microstrip line antenna 12 configured as described above. 9A is a simulation result of the frequency characteristic of the axial ratio in the zenith direction of the microstrip line antenna 12 of the present embodiment, and FIG. 9B is a simulation result of the gain frequency characteristic of the microstrip line antenna 12 of the present embodiment. It is the graph which showed each.

図９（ａ）に示すように、円柱状の誘電体４２を備えたマイクロストリップラインアンテナ１２の軸比３ｄＢ帯域幅は比帯域８．８％であった。また、図９（ａ）に示すように、誘電体４２を備えたマイクロストリップラインアンテナ１２の最適軸比は０．９ｄＢ（周波数＝５．６５ＧＨｚのときの値）であった。以上のように、円柱状の誘電体４２を備えた本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１２においても、誘電体の装荷により最適軸比が改善された。 As shown in FIG. 9A, the axial ratio 3 dB bandwidth of the microstrip line antenna 12 including the cylindrical dielectric 42 was 8.8%. Further, as shown in FIG. 9A, the optimum axial ratio of the microstrip line antenna 12 provided with the dielectric 42 was 0.9 dB (value when the frequency = 5.65 GHz). As described above, also in the microstrip line antenna 12 of this embodiment provided with the cylindrical dielectric 42, the optimum axial ratio is improved by loading the dielectric.

また、図９（ｂ）に示すように、誘電体４２を備えたマイクロストリップラインアンテナ１２は、最適軸比周波数（５．６５ＧＨｚ）における絶対利得が７．９ｄＢｉであった。以上のように、本実施形態のマイクロストリップラインアンテナ１２においても、誘電体４２の装荷により放射効率が大幅に向上している。また、図５（ａ）に示すように、マイクロストリップラインアンテナ１２は絶対利得７ｄＢｉの帯域が比帯域で１４．３％確保できており、非常に広帯域な特性を得ることができている。 Further, as shown in FIG. 9B, the microstrip line antenna 12 including the dielectric 42 has an absolute gain of 7.9 dBi at the optimum axial ratio frequency (5.65 GHz). As described above, also in the microstrip line antenna 12 of the present embodiment, the radiation efficiency is greatly improved by loading the dielectric 42. Further, as shown in FIG. 5A, the microstrip line antenna 12 has a band with an absolute gain of 7 dBi of 14.3% in a specific band, and a very wide band characteristic can be obtained.

以上に本発明の好適な実施の形態及びその変形例について説明したが、上記の構成は例えば以下のように変更することができる。 The preferred embodiment of the present invention and the modifications thereof have been described above, but the above configuration can be modified as follows, for example.

マイクロストリップライン導体２の形状は、Ｃ字形（一部を切り欠いた円形）に限らない。１周が概ね１波長のループ状であれば、例えば一部を切り欠いた多角形状に構成することができる。 The shape of the microstrip line conductor 2 is not limited to a C shape (a circular shape with a part cut away). If one round has a loop shape of approximately one wavelength, for example, it can be configured in a polygonal shape with a part cut away.

空隙５に代えて誘電体基板を配置し、当該誘電体基板にマイクロストリップライン導体２及びグランド導体３を一体形成する構成に変更することができる。なお、このように構成を変更した場合にはマイクロストリップライン導体２の電気的な長さが変わるため、マイクロストリップライン導体２や誘電体４１等の形状及び寸法等を適宜変更する。 It can be changed to a configuration in which a dielectric substrate is disposed in place of the gap 5 and the microstrip line conductor 2 and the ground conductor 3 are integrally formed on the dielectric substrate. In addition, since the electrical length of the microstrip line conductor 2 changes when the configuration is changed in this way, the shapes and dimensions of the microstrip line conductor 2 and the dielectric 41 are appropriately changed.

給電方式はグランド導体３の背面からの同軸給電のほか、マイクロストリップライン導体２と同一層でライン給電する構成（回路系と直接接続する構成）でも良い。 In addition to the coaxial power feeding from the back surface of the ground conductor 3, the power feeding method may be a configuration in which line power feeding is performed on the same layer as the microstrip line conductor 2 (configuration directly connected to the circuit system).

上記実施形態では送信アンテナとしての構成を説明したが、第１接続部２ａに給電装置に代えて受信回路を接続することにより、マイクロストリップラインアンテナ１１を受信アンテナとして機能させることができる。 Although the configuration as a transmission antenna has been described in the above embodiment, the microstrip line antenna 11 can function as a reception antenna by connecting a reception circuit to the first connection unit 2a instead of the power feeding device.

本発明の一実施形態に係るマイクロストリップラインアンテナの外観斜視図。1 is an external perspective view of a microstrip line antenna according to an embodiment of the present invention. 本実施形態のマイクロストリップラインアンテナの側面図。The side view of the microstrip line antenna of this embodiment. 本実施形態のマイクロストリップラインアンテナの平面図。The top view of the microstrip line antenna of this embodiment. （ａ）本実施形態のマイクロストリップラインアンテナの天頂方向における軸比の周波数特性を示すグラフ。（ｂ）比較対象の単一ループマイクロストリップラインアンテナの天頂方向における軸比の周波数特性を示すグラフ。(A) The graph which shows the frequency characteristic of the axial ratio in the zenith direction of the microstrip line antenna of this embodiment. (B) The graph which shows the frequency characteristic of the axial ratio in the zenith direction of the single loop microstrip line antenna of a comparison object. （ａ）本実施形態のマイクロストリップラインアンテナの天頂方向における絶対利得の周波数特性を示すグラフ。（ｂ）比較対象の単一ループマイクロストリップラインアンテナの天頂方向における絶対利得の周波数特性を示すグラフ。(A) The graph which shows the frequency characteristic of the absolute gain in the zenith direction of the microstrip line antenna of this embodiment. (B) The graph which shows the frequency characteristic of the absolute gain in the zenith direction of the single loop microstrip line antenna of a comparison object. 別の実施形態のマイクロストリップラインアンテナの外観斜視図。The external appearance perspective view of the microstrip line antenna of another embodiment. 別の実施形態のマイクロストリップラインアンテナの側面図。The side view of the microstrip line antenna of another embodiment. 別の実施形態のマイクロストリップラインアンテナの平面図。The top view of the microstrip line antenna of another embodiment. （ａ）別の実施形態のマイクロストリップラインアンテナの天頂方向における軸比の周波数特性を示すグラフ。（ｂ）別の実施形態のマイクロストリップラインアンテナの天頂方向における絶対利得の周波数特性を示すグラフ。(A) The graph which shows the frequency characteristic of the axial ratio in the zenith direction of the microstrip line antenna of another embodiment. (B) The graph which shows the frequency characteristic of the absolute gain in the zenith direction of the microstrip line antenna of another embodiment. 比較対象の単一ループマイクロストリップラインアンテナの斜視図。The perspective view of the single loop microstrip line antenna of a comparison object. 従来のマイクロストリップラインアンテナの構成を示す斜視図。The perspective view which shows the structure of the conventional microstrip line antenna.

符号の説明Explanation of symbols

１１，１２マイクロストリップラインアンテナ
２マイクロストリップライン導体
３グランド導体
４１，４２誘電体
５空隙
６給電ポート（給電部）
７整合終端ポート（整合終端部） 11, 12 Microstrip line antenna 2 Microstrip line conductor 3 Ground conductor 41, 42 Dielectric 5 Air gap 6 Feeding port (feeding part)
7 Matching termination port (matching termination)

Claims

一端と他端を近接させてループ状に形成され、当該ループの１周の長さが概ね１波長であるマイクロストリップライン導体と、
前記マイクロストリップライン導体と平行に配置されたグランド導体と、
前記マイクロストリップライン導体から見て前記グランド導体が配置されている側と反対側に配置された誘電体と、
を備え、
前記誘電体は回転体状に形成されていることを特徴とするマイクロストリップラインアンテナ。 A microstrip line conductor formed in a loop shape with one end and the other end close to each other, and the length of one loop of the loop is approximately one wavelength;
A ground conductor disposed in parallel with the microstrip line conductor;
A dielectric disposed on the side opposite to the side on which the ground conductor is disposed as viewed from the microstrip line conductor;
Equipped with a,
The microstrip line antenna, wherein the dielectric is formed in a rotating body .

一端と他端を近接させてループ状に形成され、当該ループの１周の長さが概ね１波長であるマイクロストリップライン導体と、  A microstrip line conductor formed in a loop shape with one end and the other end close to each other, and the length of one loop of the loop is approximately one wavelength;
前記マイクロストリップライン導体と平行に配置されたグランド導体と、  A ground conductor disposed in parallel with the microstrip line conductor;
前記マイクロストリップライン導体から見て前記グランド導体が配置されている側と反対側に配置された誘電体と、  A dielectric disposed on the side opposite to the side on which the ground conductor is disposed as viewed from the microstrip line conductor;
を備え、With
前記マイクロストリップライン導体は、一端が給電部に接続され、他端が整合終端部に接続されていることを特徴とするマイクロストリップラインアンテナ。  The microstrip line antenna is characterized in that one end of the microstrip line conductor is connected to a power feeding part and the other end is connected to a matching terminal part.

請求項２に記載のマイクロストリップラインアンテナであって、
前記誘電体が回転体状に形成されていることを特徴とするマイクロストリップラインアンテナ。 The microstrip line antenna according to claim 2 ,
The microstrip line antenna, wherein the dielectric is formed in a rotating body.

請求項１に記載のマイクロストリップラインアンテナであって、
前記誘電体が半球状に形成されていることを特徴とするマイクロストリップラインアンテナ。 The microstrip line antenna according to claim 1 ,
A microstrip line antenna, wherein the dielectric is formed in a hemispherical shape.

請求項１に記載のマイクロストリップラインアンテナであって、
前記誘電体が円柱状に形成されていることを特徴とするマイクロストリップラインアンテナ。 The microstrip line antenna according to claim 1 ,
A microstrip line antenna, wherein the dielectric is formed in a cylindrical shape.

請求項１、４又は５に記載のマイクロストリップラインアンテナであって、
前記誘電体の直径は、前記マイクロストリップライン導体の外形輪郭に外接する円の直径と略一致するように構成されていることを特徴とするマイクロストリップラインアンテナ。 The microstrip line antenna according to claim 1, 4 or 5 ,
The microstrip line antenna is characterized in that the diameter of the dielectric is substantially the same as the diameter of a circle circumscribing the outer contour of the microstrip line conductor.

請求項１、又は４から６までの何れか一項に記載のマイクロストリップラインアンテナであって、
前記マイクロストリップライン導体は、一端が給電部に接続され、他端が整合終端部に接続されていることを特徴とするマイクロストリップラインアンテナ。 The microstrip line antenna according to any one of claims 1 and 4 to 6 ,
The microstrip line antenna is characterized in that one end of the microstrip line conductor is connected to a power feeding part and the other end is connected to a matching terminal part.

請求項２、３又は７に記載のマイクロストリップラインアンテナであって、
前記給電部及び前記整合終端部の接続先である前記マイクロストリップライン導体の両端を切替可能に構成されていることを特徴とするマイクロストリップラインアンテナ。 The microstrip line antenna according to claim 2, 3 or 7 ,
A microstrip line antenna configured to be capable of switching both ends of the microstrip line conductor to which the power feeding unit and the matching terminal unit are connected.