JPH05121935A - Plane antenna - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To attain the reception of a satellite broadcast with the plane antenna. CONSTITUTION:This antenna consists of four sub arrays SA1-SA4 respectively and each sub array SA consists of four antenna elements. Then the one antenna element consists of a circular patch element 2 and a sqare radiation opening 4 provided to a front face corresponding thereto. The exposed part of a feeder 3 is reduced by combining the circular patch element 2 and the square radiation opening 4 to attain a broad band. Furthermore, the feeder is connected at two points to each radiation element and a circularly polarized wave is excited by applying phase difference feeding to the two points. Then feeding points to the four radiation elements are made different by 90 deg. each to attain broad band. Thus, the four sub arrays are synthesized in phase to obtain an antenna with a high gain.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば衛星放送の受
信等に好適な平面アンテナに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flat antenna suitable for receiving satellite broadcasting, for example.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来より、放送衛星からの電波を受信す
るためのアンテナとして、パラボラアンテナが広く利用
されている。しかし、このパラボラアンテナは大型であ
り、またその形状から風の影響を受け易い。このため、
アンテナの取付けを強固にする必要があり、取付け作業
が複雑となると共に、製造コストも高くなるという問題
点があった。2. Description of the Related Art Parabolic antennas have been widely used as antennas for receiving radio waves from broadcasting satellites. However, this parabolic antenna is large and its shape is easily affected by wind. For this reason,
There is a problem that it is necessary to strengthen the mounting of the antenna, which complicates the mounting work and increases the manufacturing cost.

【０００３】そこで、これらの問題点を解決するアンテ
ナとして、平面アンテナ、例えばマイクロストリップ構
造のパッチ素子を用いたアンテナ（以下、パッチアンテ
ナと呼ぶ）が考えられている。Therefore, as an antenna for solving these problems, a planar antenna, for example, an antenna using a patch element having a microstrip structure (hereinafter referred to as a patch antenna) is considered.

【０００４】図９に、一般的なパッチアンテナの構成を
示す。図９（Ａ）は、その上面図、図９（Ｂ）は、図９
（Ａ）におけるIII −III で切断した断面図である。こ
のように、パッチアンテナ１０は、グランド板１１、誘
電体基板１２、パッチ素子１３、給電線路１４から構成
されている。このような従来のパッチアンテナ１０にお
いて、パッチ素子１３とグランド板１１に挟まれた誘電
体基板１２は、テフロン（登録商標）やポリエチレンな
どと、グラスファイバーを積層した材料が使用されてい
た。このため、その比誘電率εr は、２〜３程度であっ
た。FIG. 9 shows the structure of a general patch antenna. 9 (A) is a top view thereof, and FIG. 9 (B) is shown in FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected by III-III in (A). As described above, the patch antenna 10 includes the ground plate 11, the dielectric substrate 12, the patch element 13, and the feeding line 14. In such a conventional patch antenna 10, the dielectric substrate 12 sandwiched between the patch element 13 and the ground plate 11 is made of a material in which Teflon (registered trademark), polyethylene or the like and glass fiber are laminated. Therefore, the relative permittivity εr was about 2 to 3.

【０００５】一方、パッチアンテナ１０の帯域特性は、
誘電体基板１２の比誘電率εr 及び誘電体基板の厚さｈ
によって左右され、広帯域にするためには、比誘電率ε
r を小さくする（１に近づける）と共に、ｈを大きくす
る必要がある。しかし、比誘電率εr が２〜３では、衛
星放送の受信に必要な受信帯域幅３００ＭＨｚ以上を満
たすためには、厚さｈが非常に大きくなる。誘電体基板
１２の厚さｈを大きくすると、給電線路１４の放射損失
が増大し、アンテナの利得が低下してしまうことにな
る。従って、誘電体基板１２として、比誘電率εr が２
〜３程度の材料を用いると、受信帯域幅を３００ＭＨｚ
とすることが困難であった。On the other hand, the band characteristic of the patch antenna 10 is
The relative permittivity εr of the dielectric substrate 12 and the thickness h of the dielectric substrate
The relative permittivity ε
It is necessary to decrease r (close to 1) and increase h. However, when the relative permittivity εr is 2 to 3, the thickness h becomes extremely large in order to satisfy the reception bandwidth of 300 MHz or more required for receiving satellite broadcasting. When the thickness h of the dielectric substrate 12 is increased, the radiation loss of the feed line 14 is increased and the gain of the antenna is reduced. Therefore, the dielectric substrate 12 has a relative permittivity εr of 2
When using a material of ~ 3, the reception bandwidth is 300MHz
Was difficult to do.

【０００６】ところで、このような問題は、給電線路１
４とパッチ素子１３が同一平面内にあるために起る。そ
こで、これを解決するために、図１０に示すような構成
が考えられる。図１０（Ａ）はその上面図、図１０
（Ｂ）は図１０（Ａ）におけるIV−IVで切断した断面図
である。このように、誘電体基板１２を２つの部分１２
ａ，１２ｂに分割し、これらでグランド板１１を挟むと
共に、グランド板１１の開口１１ａを貫通する導体ピン
１５によって、グランド板１１を介し反対側に位置して
いる給電線路１４とパッチ素子１３を接続している。そ
して、給電線路１４とグランド板１１との間の誘電体基
板１２ａの厚さを小さくし、パッチ素子１３とグランド
板１１との間に配置される誘電体基板１２ｂの厚さを大
きくしている。そこで、給電線路１４の放射損失を抑制
し、かつ広帯域特性を持つパッチアンテナを実現するこ
とができる。By the way, such a problem is caused by the feeding line 1
4 and the patch element 13 are in the same plane. Therefore, in order to solve this, a configuration as shown in FIG. 10 can be considered. FIG. 10A is a top view of FIG.
10B is a sectional view taken along line IV-IV in FIG. In this way, the dielectric substrate 12 is divided into two parts 12
a and 12b, and the ground plate 11 is sandwiched therebetween, and the conductor pin 15 penetrating the opening 11a of the ground plate 11 causes the feed line 14 and the patch element 13 located on the opposite side via the ground plate 11 to be separated. Connected. Then, the thickness of the dielectric substrate 12a between the feed line 14 and the ground plate 11 is reduced, and the thickness of the dielectric substrate 12b disposed between the patch element 13 and the ground plate 11 is increased. .. Therefore, it is possible to realize a patch antenna that suppresses the radiation loss of the feed line 14 and has a wide band characteristic.

【０００７】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
に示したパッチアンテナの場合、グランド板１１に開口
１１ａを設けると共に、誘電体基板１２ａ、１２ｂにス
ルーホールを形成し、ここに導体ピン１５を挿入配置し
なければならず、さらにこの導体ピン１５の上端及び下
端をパッチ素子１３、給電線路１４にそれぞれ半田付け
接続する必要があった。このため、製作が非常に困難に
なると共に、コスト的にも高価になってしまうという問
題点があった。However, as shown in FIG.
In the case of the patch antenna shown in FIG. 1, the ground plate 11 must be provided with the opening 11a, the through holes should be formed in the dielectric substrates 12a and 12b, and the conductor pin 15 must be inserted and arranged therein. It was necessary to solder the upper end and the lower end to the patch element 13 and the feed line 14, respectively. For this reason, there is a problem that the manufacturing becomes very difficult and the cost becomes expensive.

【０００８】さらに、図９及び図１０のような給電線路
１４の構成では、給電線路１４が露出しているため、低
誘電率、低損失の誘電体基板１２を用いても、給電線路
１４からの放射損失をなくすことは困難である。このた
め、多数のアンテナ素子を用い高利得化を図るアレイア
ンテナにおいて、充分な利得、指向性を得ることが非常
に困難であった。Further, in the structure of the power feeding line 14 as shown in FIGS. 9 and 10, since the power feeding line 14 is exposed, even if the dielectric substrate 12 having a low dielectric constant and low loss is used, It is difficult to eliminate the radiation loss of. For this reason, it is extremely difficult to obtain sufficient gain and directivity in an array antenna that uses a large number of antenna elements to achieve high gain.

【０００９】特開昭６４−３４００２号には、これらの
問題点を解決するものとして、給電線を金属板で覆った
トリプレート構造の平面アンテナが示されている。しか
し、この従来技術においてもパッチ素子と給電線との接
合部付近は金属板で覆われない部分が存在し、更にこの
給電線部分（図１１（ｃ）のｅ部分）の長さが長くな
り、給電線路のインピーダンスが変化してしまい、パッ
チ素子と給電線との接合点におけるインピーダンスの整
合をとることが困難となり、アンテナの特性において基
本理論と実際の実験結果とが一致せず、理論設計後に実
験と設計変更を繰り返す試行錯誤を必要とし、アンテナ
完成までには多大の工数を必要とした。Japanese Unexamined Patent Publication No. 64-34002 discloses a planar antenna having a triplate structure in which a feeder line is covered with a metal plate as a solution to these problems. However, even in this conventional technique, there is a portion not covered with the metal plate in the vicinity of the joint between the patch element and the power supply line, and the length of this power supply line portion (e part in FIG. 11C) becomes longer. , The impedance of the feed line changes, which makes it difficult to match the impedance at the junction between the patch element and the feed line, and the basic theory does not match the actual experimental results in the antenna characteristics. It required trial and error to repeat experiments and design changes later, and required a great deal of man-hours to complete the antenna.

【００１０】本発明者らは前記インパーダンスの整合を
容易に行うためには、金属板で覆われない給電線部分を
最小にとどめることが重要であることに着眼した。The present inventors have noticed that it is important to minimize the portion of the power supply line not covered with the metal plate in order to easily match the impedance.

【００１１】本発明は、上記問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、その目的とするところ
は、高効率で製造が容易な衛星放送の受信に適した平面
アンテナを提供するところにある。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a planar antenna suitable for receiving satellite broadcasting, which is highly efficient and easy to manufacture. It is in.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
グランド板を含む第１金属層、放射素子及び給電線路層
を含む第２金属層及び放射開口を規定する第３金属層を
低誘電率の誘電体基板を介しそれぞれ積層した構成を有
するトリプレート構造の平面アンテナにおいて、上記第
２金属層は、上記給電線路がそれぞれ接続され、それぞ
れの給電点の位置に対応して位相の異なる給電を受ける
複数の放射素子を含むサブアレイアンテナを含み、上記
第３金属層は、上記複数の放射素子のそれぞれに対向し
た複数の放射開口を含み、上記放射素子は円形のパッチ
素子からなると共に、上記放射開口部の形状は正方形で
あることを特徴とする。The invention according to claim 1 is
A triplate structure having a structure in which a first metal layer including a ground plate, a second metal layer including a radiation element and a feed line layer, and a third metal layer defining a radiation opening are laminated via a dielectric substrate having a low dielectric constant. In the planar antenna described above, the second metal layer includes a sub-array antenna that includes a plurality of radiating elements that are respectively connected to the feed lines and that are fed with different phases corresponding to the positions of the feed points. The metal layer includes a plurality of radiating openings facing each of the plurality of radiating elements, the radiating elements are circular patch elements, and the shape of the radiating openings is square.

【００１３】また、請求項２に係る発明は、上記第２金
属層は、上記給電線路がそれぞれ接続され、それぞれの
給電点の位置に対応して位相の異なる給電を受ける複数
の放射素子を含むサブアレイアンテナを含み、上記第３
金属層は、上記複数の放射素子のそれぞれに対向した複
数の放射開口を含み、上記放射素子は、その周辺部の頂
点部分から給電を受ける正方形のパッチ素子からなると
共に、上記放射開口部の形状は円形であることを特徴と
する。In the invention according to claim 2, the second metal layer includes a plurality of radiating elements to which the power feeding lines are respectively connected and which are fed with different phases corresponding to positions of respective power feeding points. The third array including a sub-array antenna
The metal layer includes a plurality of radiating openings facing each of the plurality of radiating elements, and the radiating element is composed of a square patch element that is fed from the apex portion of the peripheral portion thereof, and the shape of the radiating openings. Is characterized by being circular.

【００１４】[0014]

【作用】このように、給電線路をトリプレート構造と
し、各金属層間に低誘電率の誘電体を挿入したため、給
電線路からの不要な放射を抑制し、伝送損失を低減する
ことができる。そして、放射素子及び放射開口部からな
るアンテナ素子がそれぞれの配置に応じた位相差給電が
行われるものとし、これによってサブアレイアンテナを
構成することとしている。そこで、これによって、低軸
比かつ広帯域のアンテナを得ることができる。As described above, since the feed line has the triplate structure and the dielectric having a low dielectric constant is inserted between the metal layers, unnecessary radiation from the feed line can be suppressed and transmission loss can be reduced. Then, the antenna element including the radiating element and the radiating aperture is provided with phase difference power feeding according to the respective arrangements, and thereby the sub-array antenna is configured. Therefore, this makes it possible to obtain an antenna having a low axial ratio and a wide band.

【００１５】また、パッチ素子に給電される電磁波エネ
ルギーは給電線路と対面する第３金属層の対面部分が存
在する場合の給電線路とその給電線路と対面する層の間
及び給電線路と第１の金属層との間の両側に集中しなが
ら伝搬しパッチ素子に給電される。The electromagnetic wave energy fed to the patch element is between the feed line and the layer facing the feed line when there is a facing portion of the third metal layer facing the feed line, and between the feed line and the first line. It propagates while being concentrated on both sides between the metal layer and the power supply to the patch element.

【００１６】一方、給電線路と対面する第３金属層の対
面部分がなく露出している場合、パッチ素子に給電され
る電磁波エネルギーは、給電線路と第一の金属層との間
のみに集中しながら伝搬するため、伝搬通路が狭くな
り、インピーダンスが増大する。そのため前記電磁波エ
ネルギーは伝搬しにくくなる。On the other hand, when the facing portion of the third metal layer facing the power feed line is not exposed and is exposed, the electromagnetic wave energy fed to the patch element is concentrated only between the power feed line and the first metal layer. While propagating, the propagation path becomes narrower and the impedance increases. Therefore, it becomes difficult for the electromagnetic wave energy to propagate.

【００１７】ここで、放射素子として、円形のパッチ素
子を用い、その上部に位置する放射開口部を正方形とし
ており、これにより放射素子に給電する給電線路の露出
する部分が少なくなり、パッチ素子と給電線との接合点
におけるインピーダンスの不整合を抑制し、設計を容易
とすることができる。すなわち、放射開口部から給電線
の露出される部分を短くし、アンテナの効率を上げるこ
とができる。Here, a circular patch element is used as the radiating element, and the radiating opening located above the radiating element has a square shape, whereby the exposed portion of the feeding line for feeding the radiating element is reduced, and the patch element Impedance mismatch at the junction with the power supply line can be suppressed to facilitate the design. That is, the exposed portion of the feeder line from the radiation opening can be shortened, and the efficiency of the antenna can be improved.

【００１８】さらに、放射素子として、周辺部の頂点部
分から給電された正方形のパッチ素子を用い、その上部
に位置する放射開口部を円形としても良い。これによ
り、上述の場合と同様に、給電線路の露出する部分が少
なくなり、インピーダンスの不整合を抑制し、設計を容
易とすることができる。Further, as the radiating element, a square patch element fed from the apex portion of the peripheral portion may be used, and the radiating opening located above the square patch element may be circular. As a result, as in the case described above, the exposed portion of the feed line is reduced, impedance mismatch can be suppressed, and design can be facilitated.

【００１９】[0019]

【実施例】以下、本発明の実施例を図１〜図８に基づい
て説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.

【００２０】第１実施例 図１は、第１実施例によるアンテナ素子の構成を示すも
のであり、図１（Ａ）はその上面図、図１（Ｂ）は図１
（Ａ）におけるＩ−Ｉで切断した断面図である。このア
ンテナ素子は、グランド板１、円形のパッチ素子２、給
電線路３ａ、３ｂ、正方形の放射開口部４から構成され
ている。そして、パッチ素子２及び給電線路３ａ、３ｂ
は、ポリエステルシートなどの非常に薄い誘電体基板５
ａ上にアルミニウム、銅などの金属箔が接着加工された
薄膜基板５によって構成されている。また、放射開口部
４は、薄膜基板５と同様の構成からなる薄膜基板６の所
定部分の金属箔を除去して放射開口部４を形成した薄膜
基板６から構成されている。また、これら薄膜基板５、
６を積層支持する支持体７は、比誘電率ができる限り１
に近い発泡ポリエチレンシートεr ＝１．２など誘電体
シートが用いられている。さらに、所望の帯域特性を得
るためには、この支持体７の厚さを１〜２ｍｍ程度とす
るのが好ましい。また、放射開口部４を持つ薄膜基板６
に代えて、同様の開口を有する厚さ１ｍｍ以下の金属板
を採用することもできる。 First Embodiment FIG. 1 shows the structure of an antenna element according to the first embodiment. FIG. 1 (A) is its top view and FIG. 1 (B) is FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected by II in (A). This antenna element includes a ground plate 1, a circular patch element 2, feed lines 3a and 3b, and a square radiation opening 4. Then, the patch element 2 and the feeding lines 3a and 3b
Is a very thin dielectric substrate 5 such as a polyester sheet.
It is composed of a thin film substrate 5 in which a metal foil such as aluminum or copper is adhered on a. Further, the radiation opening 4 is composed of the thin film substrate 6 having the radiation opening 4 formed by removing the metal foil at a predetermined portion of the thin film substrate 6 having the same structure as the thin film substrate 5. In addition, these thin film substrates 5,
The support 7 for laminating and supporting 6 has a relative dielectric constant of 1 as much as possible.
A dielectric sheet such as a foamed polyethylene sheet ε r = 1.2 is used. Further, in order to obtain desired band characteristics, it is preferable that the thickness of the support 7 is about 1 to 2 mm. Also, a thin film substrate 6 having a radiation opening 4
Alternatively, a metal plate having a similar opening and a thickness of 1 mm or less can be adopted.

【００２１】所定の周波数で共振するように、直径が定
められた円形のパッチ素子２は、円偏波を受信するため
に、パッチ素子２の中心に対して直交する軸上の二点に
おいて給電線路３ａ、３ｂにより位相差給電されてい
る。この例においては、給電点がパッチ素子２の中心に
対し９０°異なっており、給電線路３ａ，３ｂは、互い
に直交するように配置されている。そして、給電線路３
ａ、３ｂの長さｌ1 、ｌ2 は、ｌ2 の方が共振周波数の
波長に対し９０°あるいは９０°に近い位相差を持つよ
うに長くしてある。すなわち、伝搬波長をλｇとした場
合に、ｌ2 −ｌ1がほぼλｇ／４となるように設定して
いる。そこで、本実施例では、右旋円偏波を受信できる
ようになっている。また、給電線路３ａ、３ｂの線路幅
は、各パッチ素子２の給電端において、パッチ素子２の
給電端インピーダンスと整合するように設定されてい
る。The circular patch element 2 whose diameter is determined so as to resonate at a predetermined frequency is fed at two points on an axis orthogonal to the center of the patch element 2 in order to receive circularly polarized waves. Phase difference feeding is performed by the lines 3a and 3b. In this example, the feeding points differ from the center of the patch element 2 by 90 °, and the feeding lines 3a and 3b are arranged so as to be orthogonal to each other. And the power supply line 3
The lengths l1 and l2 of a and 3b are made longer so that l2 has a phase difference of 90 ° or close to 90 ° with respect to the wavelength of the resonance frequency. That is, when the propagation wavelength is λg, l2-l1 is set to be approximately λg / 4. Therefore, in this embodiment, right-handed circularly polarized waves can be received. The line widths of the feeding lines 3a and 3b are set so as to match the feeding end impedance of the patch element 2 at the feeding end of each patch element 2.

【００２２】本実施例においては、円形のパッチ素子２
に正方形の放射開口部４を組み合わせてアンテナ素子を
構成している。ここで、パッチ素子２の大きさを一定値
とし、正方形の放射開口部４の一辺の長さを変化させた
場合、そのアンテナの利得特性が大きく変化する。すな
わち、図２は、正方形の放射開口部４の一辺の長さとア
ンテナの利得の関係を示したもので、放射開口部４の一
辺長の変化に伴い、利得が変化し、特定の一辺長におい
てアンテナの利得が最大になることがわかる。そこで、
パッチ素子２の直径を約１０ｍｍ、すなわち衛星放送の
受信周波数帯域１１．７〜１２．０ＧＨｚに設定した場
合の放射開口部４の最適な一辺の長さを実験的に求め
た。この実験によれば、放射開口部４の一辺の長さが、
１４ｍｍ〜１６ｍｍのときに利得が最大となる。これを
同一面積の円形放射開口に当てはめると、その直径は１
６ｍｍ〜１８ｍｍに相当する。In this embodiment, the circular patch element 2
An antenna element is formed by combining the square radiating opening 4 with the. Here, when the size of the patch element 2 is set to a constant value and the length of one side of the square radiation opening 4 is changed, the gain characteristic of the antenna changes greatly. That is, FIG. 2 shows the relationship between the length of one side of the square radiation opening 4 and the gain of the antenna. The gain changes as the length of one side of the radiation opening 4 changes, and It can be seen that the antenna gain is maximum. Therefore,
The optimum length of one side of the radiation opening 4 was experimentally obtained when the diameter of the patch element 2 was set to about 10 mm, that is, the reception frequency band of satellite broadcasting of 11.7 to 12.0 GHz. According to this experiment, the length of one side of the radiation opening 4 is
The maximum gain is obtained when the distance is 14 mm to 16 mm. Applying this to a circular radial aperture of the same area, its diameter is 1
It corresponds to 6 mm to 18 mm.

【００２３】また、本実施例による構成にすることによ
り、給電線路３ａ，３ｂに長さｅなる露出部分が生じ
る。この露出部分ｅの長さが変化することによって、給
電線路３ａ，３ｂのインピーダンスが変化する。すなわ
ち、図３は、給電線路３ａ，３ｂが放射開口部４から露
出する長さｅと給電線路のインピーダンスの関係を示し
たもので、露出長ｅが長くなるにつれ、給電線路のイン
ピーダンスは高くなり、パッチ素子の給電端インピーダ
ンスとの不整合を生じる。このため露出長ｅを小さくす
ることが、不整合を最小限に抑えつつ、設計を複雑にし
ないために重要となる。Further, with the structure according to the present embodiment, exposed portions having the length e are formed in the power feeding lines 3a and 3b. As the length of the exposed portion e changes, the impedance of the power feeding lines 3a and 3b changes. That is, FIG. 3 shows the relationship between the length e of the feeder lines 3a and 3b exposed from the radiation opening 4 and the impedance of the feeder line. The longer the exposed length e, the higher the impedance of the feeder line. , And a mismatch occurs with the impedance at the feeding end of the patch element. Therefore, it is important to reduce the exposure length e in order to minimize the mismatch and not complicate the design.

【００２４】従って、このように、正方形の放射開口部
４と円形のパッチ素子２を組み合わせることにより、放
射開口部４から露出している給電線路３ａ，３ｂの長さ
ｅを３０％以上小さくすることができ、ここで発生する
インピーダンスの不整合及び放射損失が小さく抑えら
れ、ｅの影響が無視できる程度に小さくなり、基本設計
理論に一致し易くなるので、アンテナの設計が容易にな
ると共に、高効率なアンテナ素子を得ることができる。Therefore, by combining the square radiation opening 4 and the circular patch element 2 in this way, the length e of the feed lines 3a and 3b exposed from the radiation opening 4 is reduced by 30% or more. The impedance mismatch and radiation loss generated here can be suppressed to a small level, and the influence of e can be neglected to a degree that can be neglected, which makes it easy to conform to the basic design theory. A highly efficient antenna element can be obtained.

【００２５】図４は、図１に示すアンテナ素子を４組用
い、アレイ化したサブアレイアンテナの構成を示すもの
である。このサブアレイアンテナは、４つのパッチ素子
２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄを有し、左下のパッチ素子２
ｂ、左上のパッチ素子２ｃ、右上のパッチ素子２ｄは、
右下のパッチ素子２ａに対して、それぞれ９０°、１８
０°、２７０°左回転配置されている。そして、各パッ
チ素子までの給電線路長ｌa 、ｌb 、ｌc 、ｌd は、ｌ
a を基準として、それぞれλg ／４、λg ／２、３λg
／４だけ長くなっている。そこで、各パッチ素子２ｂ、
２ｃ、２ｄには位相がそれぞれ９０°、１８０°、２７
０°異なった給電が行われる。ここで、λg は、伝搬波
長を表す。この構成により、各パッチ素子２ａ、２ｂ、
２ｃ、２ｄの給電端インピーダンスに含まれるリアクタ
ンス成分は、相殺し合い、結果として軸比及び利得の広
帯域化が実現できる。FIG. 4 shows a configuration of a sub-array antenna in which four antenna elements shown in FIG. 1 are used to form an array. This sub-array antenna has four patch elements 2a, 2b, 2c, 2d, and the lower left patch element 2
b, the upper left patch element 2c, and the upper right patch element 2d are
For the patch element 2a at the lower right, 90 °, 18
It is located at 0 ° and 270 ° counterclockwise. The feed line lengths la, lb, lc, and ld to each patch element are
Based on a, λg / 4, λg / 2, 3λg, respectively
It is / 4 longer. Therefore, each patch element 2b,
The phases 2c and 2d are 90 °, 180 °, and 27, respectively.
Power is supplied differently by 0 °. Here, λg represents the propagation wavelength. With this configuration, each patch element 2a, 2b,
The reactance components included in the power feeding end impedances of 2c and 2d cancel each other out, and as a result, a wide band of the axial ratio and the gain can be realized.

【００２６】図５は、図４に示したサブアレイアンテナ
の軸比特性を示したものであり、４組のアンテナ素子を
サブアレイ化したアンテナは、アンテナ素子単体と比較
して軸比が広帯域化されていることがわかる。さらに、
本実施例の軸比特性はアンテナに要求される軸比３ｄＢ
以上の帯域幅が約６％となり、広帯域特性を示してい
る。本実施例によれば、基本理論に基づく設計により、
この性能が容易に得られる。FIG. 5 shows the axial ratio characteristic of the sub-array antenna shown in FIG. 4. The antenna in which four sets of antenna elements are sub-arrayed has a wider axial ratio than the antenna element alone. You can see that further,
The axial ratio characteristic of this embodiment has an axial ratio of 3 dB required for the antenna.
The above bandwidth is about 6%, which shows wide band characteristics. According to this embodiment, by the design based on the basic theory,
This performance is easily obtained.

【００２７】図６は、図４に示したサブアレイアンテナ
を複数配列して構成したアレイアンテナを示している。
SA1 〜SA4 はいずれも４組のアンテナ素子で構成される
サブアレイである。そして、これらサブアレイSA1〜SA4
はすべて同相で動作するように構成している。このよ
うに各サブアレイアンテナの出力を同相で合成すること
により、アレイアンテナ全体としての利得を向上するこ
とができる。また、さらに高利得のアンテナを得るに
は、所望の特性が得られるまでサブアレイの個数を増加
させれば良い。FIG. 6 shows an array antenna formed by arranging a plurality of sub-array antennas shown in FIG.
SA1 to SA4 are all sub-arrays composed of four sets of antenna elements. Then, these sub-arrays SA1 to SA4
Are all configured to operate in phase. By thus combining the outputs of the sub-array antennas in phase, the gain of the entire array antenna can be improved. Further, in order to obtain an antenna with higher gain, the number of sub-arrays may be increased until the desired characteristics are obtained.

【００２８】第２実施例 図７は、第２実施例のアンテナ素子の構成を示す構成図
である。図７（Ａ）は、その上面図、図７（Ｂ）は図７
（Ａ）におけるII−IIで切断した断面図である。 所定
の周波数で共振するように、一辺の長さが定められた正
方形のパッチ素子２には、円偏波を発生させるために、
切欠８ａ及び突起８ｂが設けられている。そして、図に
示したように１つの頂点に給電線路７が接続され、ここ
より給電される。切欠８ｂ、突起８ａの面積の総和をΔ
Ｓとすると、この面積がアンテナ素子の軸比の特性に影
響する。図８は、１素子の場合のΔＳに対する軸比の特
性を示したものであり、ΔＳの調整により最適な軸比が
得られることがわかる。実験によれば、この衛星放送の
受信において、ΔＳとして、正方形パッチ素子２の面積
Ｓの８〜１０％が好適である。 Second Embodiment FIG. 7 is a block diagram showing the structure of the antenna element of the second embodiment. 7A is a top view thereof, and FIG. 7B is FIG.
It is sectional drawing cut | disconnected by II-II in (A). In order to generate circularly polarized wave in the square patch element 2 whose one side length is determined so as to resonate at a predetermined frequency,
The notch 8a and the protrusion 8b are provided. Then, as shown in the figure, the power feeding line 7 is connected to one apex, and power is fed from here. The total area of the notch 8b and the protrusion 8a is Δ
Assuming S, this area affects the characteristics of the axial ratio of the antenna element. FIG. 8 shows the characteristic of the axial ratio with respect to ΔS in the case of one element, and it can be seen that the optimum axial ratio can be obtained by adjusting ΔS. According to the experiment, ΔS of 8 to 10% of the area S of the square patch element 2 is suitable for receiving the satellite broadcast.

【００２９】円形の放射開口部４は、第１実施例におけ
る正方形の放射開口部４と同様に、その面積がアンテナ
素子の利得特性に大きく影響する。衛星放送の受信周波
数帯域１１．７〜１２．０ＧＨｚでは、この直径を１５
ｍｍ〜１８ｍｍとするのが好適である。また、本実施例
においてはパッチ素子の一辺を８〜９ｍｍ程度とするの
が望ましい。The area of the circular radiation opening 4 has a great influence on the gain characteristics of the antenna element, like the square radiation opening 4 in the first embodiment. In the satellite reception frequency band 11.7 to 12.0 GHz, this diameter is set to 15
It is preferable to set it to mm to 18 mm. Further, in this embodiment, it is desirable that one side of the patch element is about 8 to 9 mm.

【００３０】このように、円形の放射開口部４と正方形
の放射素子２を組み合わせることにより、放射開口部４
から露出している給電線路７の長さｅを小さくすること
ができ、ここで発生するインピーダンスの不整合及び放
射損失を前記第１実施例と同様に抑制することができ、
アンテナの設計が容易になると共に、高効率のアンテナ
素子を得ることができる。In this way, by combining the circular radiation opening 4 and the square radiation element 2, the radiation opening 4 is formed.
The length e of the power supply line 7 exposed from the can be reduced, and the impedance mismatch and the radiation loss generated here can be suppressed as in the first embodiment.
The antenna can be easily designed and a highly efficient antenna element can be obtained.

【００３１】[0031]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る平面
アンテナによれば、放射素子として円形のパッチ素子を
用い、その上部に位置する放射開口部を正方形にした構
成あるいは、放射素子として周辺部の頂点部分かから給
電された正方形のパッチを用い、その上部に位置する放
射開口部を円形にした構成とすることによって放射開口
から露出している給電線路の長さを小さく、ここで発生
するインピーダンスの不整合及び放射損失を抑制してい
る。このため、基本理論に基づいたアンテナの設計が容
易になると共に、高効率なアンテナ素子を得ることがで
きる。As described above, according to the planar antenna of the present invention, a circular patch element is used as the radiating element, and the radiating opening located above the circular patch element is square, or the radiating element is a peripheral element. The length of the feed line exposed from the radiation opening is made small by using a square patch fed from the top of the section and making the radiation opening located above it circular. It suppresses impedance mismatch and radiation loss. Therefore, it is possible to easily design the antenna based on the basic theory and obtain a highly efficient antenna element.

【００３２】また、上述の各実施例では１２ＭＨｚ付近
の周波数帯に適したものを示したが、本発明はこれに限
ることなく周波数に応じて素子の寸法を変えることによ
って種々の実施形態をとり得る。Although each of the above-described embodiments has been shown to be suitable for a frequency band near 12 MHz, the present invention is not limited to this, and various embodiments can be adopted by changing the size of the element according to the frequency. obtain.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の第１実施例によるアンテナ素子の上面
図及び断面図。FIG. 1 is a top view and a cross-sectional view of an antenna element according to a first embodiment of the present invention.

【図２】第１実施例によるアンテナ素子の特性説明図。FIG. 2 is a characteristic explanatory view of the antenna element according to the first embodiment.

【図３】本発明の給電線路の特性図。FIG. 3 is a characteristic diagram of the power supply line of the present invention.

【図４】第１実施例によるサブアレイアンテナの構成
図。FIG. 4 is a configuration diagram of a sub-array antenna according to the first embodiment.

【図５】第１実施例によるアンテナ素子及びサブアレイ
アンテナの特性図。FIG. 5 is a characteristic diagram of the antenna element and the sub-array antenna according to the first embodiment.

【図６】第１実施例によるアレイアンテナの構成図。FIG. 6 is a configuration diagram of an array antenna according to the first embodiment.

【図７】第２実施例によるアンテナ素子の上面図及び断
面図。7A and 7B are a top view and a cross-sectional view of an antenna element according to a second embodiment.

【図８】第２実施例によるアンテナ素子の特性説明図。FIG. 8 is a characteristic explanatory view of the antenna element according to the second embodiment.

【図９】従来例の構成図。FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional example.

【図１０】他の従来例の構成図。FIG. 10 is a configuration diagram of another conventional example.

【図１１】本発明と従来技術との素子の比較図。FIG. 11 is a comparative diagram of an element of the present invention and a prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ グランド板 ２ パッチ素子 ３ 給電線路 ４ 放射開口部 1 ground plate 2 patch element 3 feed line 4 radiation opening

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 グランド板を含む第１金属層、放射素子
及び給電線路層を含む第２金属層及び放射開口を規定す
る第３金属層を低誘電率の誘電体基板を介しそれぞれ積
層した構成を有するトリプレート構造の平面アンテナに
おいて、 上記第２金属層は、上記給電線路がそれぞれ接続され、
それぞれの給電点の位置に対応して位相の異なる給電を
受ける複数の放射素子を含むサブアレイアンテナを含
み、 上記第３金属層は、上記複数の放射素子のそれぞれに対
向した複数の放射開口を含み、 上記放射素子は円形のパッチ素子からなると共に、 上記放射開口部の形状は正方形であることを特徴とする
平面アンテナ。1. A structure in which a first metal layer including a ground plate, a second metal layer including a radiation element and a feed line layer, and a third metal layer defining a radiation opening are laminated with a dielectric substrate having a low dielectric constant interposed therebetween. In a planar antenna having a triplate structure having: the second metal layer, the feed lines are respectively connected,
It includes a sub-array antenna including a plurality of radiating elements that are fed with different phases corresponding to the positions of the respective feeding points, and the third metal layer includes a plurality of radiating openings facing each of the plurality of radiating elements. The planar antenna, wherein the radiating element is a circular patch element, and the radiating opening has a square shape. 【請求項２】 グランド板を含む第１金属層、放射素子
及び給電線路層を含む第２金属層及び放射開口を規定す
る第３金属層を低誘電率の誘電体基板を介しそれぞれ積
層した構成を有するトリプレート構造の平面アンテナに
おいて、 上記第２金属層は、上記給電線路がそれぞれ接続され、
それぞれの給電点の位置に対応して位相の異なる給電を
受ける複数の放射素子を含むサブアレイアンテナを含
み、 上記第３金属層は、上記複数の放射素子のそれぞれに対
向した複数の放射開口を含み、 上記放射素子は、その周辺部の頂点部分から給電を受け
る正方形のパッチ素子からなると共に、上記放射開口部
の形状は円形であることを特徴とする平面アンテナ。2. A structure in which a first metal layer including a ground plate, a second metal layer including a radiating element and a feed line layer, and a third metal layer defining a radiation opening are laminated via a dielectric substrate having a low dielectric constant. In a planar antenna having a triplate structure having: the second metal layer, the feed lines are respectively connected,
It includes a sub-array antenna including a plurality of radiating elements that are fed with different phases corresponding to the positions of the respective feeding points, and the third metal layer includes a plurality of radiating openings facing each of the plurality of radiating elements. The radiating element is a square patch element that receives power from the apex portion of its peripheral portion, and the radiating aperture has a circular shape.