JPH06508732A - Planar serpentine antenna - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 平面状蛇行アンテナ 本発明は誘電体基板上に設けられたストリップ導体装置によって構成された平面 状アンテナ素子およびこの種の平面状アンテナ素子から構成されたアンテナに関 する。[Detailed description of the invention] Planar serpentine antenna The present invention relates to a flat surface constructed by a strip conductor device provided on a dielectric substrate. Regarding antennas constructed from shaped antenna elements and this type of planar antenna elements, do.
ストリップ導体技術はギガヘルツ範囲までの周波数、特に１００ＭＨｚ〜１０Ｇ Ｈｚの周波数、特に人工の地上衛星基地を持つ通信にとって重要であるＩＧＨ２ の範囲からなる周波数を持っｔ磁交流信号を発生し、転送しそして処理するため の電気回路を製作するための重要な基盤である。大きさに応じて場合によっては “マイクロストリップ導体装置”とも称されるストリップ導体装置はほぼ平面状 に形成された誘電体基板の第１表面上に設けられたストリップ状電気導体から構 成される。誘電体基板は第１表面に対してほぼ平行な第２表面を有し、この第２ 表面は導電性被膜によってほぼ覆われている。第１表面と第２表面との間の基板 の厚みは一般にミリメータの大きさである。ストリップ導体装置用の基板の選択 可能な高さが基板の誘電率とストリップ導体装置によって案内すべき電磁信号の 真空波長とを含むｓ’ｒｓに基づいて制限されることは有利である。基板の厚み を制限することの主要な効果は、伝播がストリップ導体袋！の実際形状に殆ど依 存せずしかもストリップ導体装置の機能を場合によっては著しく乱すおそれのあ るいわゆる“表面波”が基板上に現れることである。Strip conductor technology is suitable for frequencies up to the gigahertz range, especially from 100MHz to 10G Hz frequency, IGH2, which is especially important for communications with artificial terrestrial satellite bases. for generating, transmitting and processing magnetic alternating current signals with frequencies consisting of the range of It is an important foundation for producing electrical circuits. In some cases depending on the size Strip conductor devices, also called “microstrip conductor devices,” have a nearly planar shape. The structure includes a strip-shaped electrical conductor provided on a first surface of a dielectric substrate formed on a will be accomplished. The dielectric substrate has a second surface substantially parallel to the first surface; The surface is almost covered with a conductive film. Substrate between the first surface and the second surface The thickness is generally on the order of millimeters. Selection of substrates for strip conductor devices The possible height depends on the dielectric constant of the substrate and the electromagnetic signal to be guided by the strip conductor arrangement. It is advantageous to be limited based on s'rs including the vacuum wavelength. Board thickness The main effect of limiting the propagation is the strip conductor bag! It depends mostly on the actual shape of In addition, there is a possibility that the function of the strip conductor device may be significantly disturbed. This is because so-called "surface waves" appear on the substrate.
ストリップ導体袋！、特に“マイクロストリップ線”はマインヶおよびグントラ ッハ著「高周波技術ポケットブック」 （第４版、第２巻、シュブリンガー出版 社、ベルリンおよびハイデルヘルク（１９８６年発行）、第に８頁以降参照）に 詳細に記載されている。この刊行物には平面状アンテナつまり上述した種類のス トリップ導体装置内に設けられたアンテナも同様に記載されている（第Ｎ２４頁 および第Ｎ２５頁参照）、同様に、高周波信号を入射および出射させるためにど のように平面状アンテナを線路系統に接続するがということも詳細に記載されて いる。平面状アンテナに関する他の記載はチンケおよびブルンスヴイノヒ著「高 周波技術読本」 （第４版、第４巻、シェプリンガー出版社、ベルリンおよびハ イデルベルク（１９９０年発行）、第４１３頁以降参照）にある、同様にこの刊 行物にはアンテナに関する基本概念が詳細に説明されている（第６章、特に第６ ゜１、 ７童、第３６５頁以下参照）。Strip conductor bag! , especially the “microstrip line” is used in Minega and Guntra. "High-Frequency Technology Pocket Book" (4th edition, Volume 2, Schbringer Publishing) Co., Berlin and Heidelherg (published in 1986), see p. 8ff). Described in detail. This publication contains information on planar antennas, i.e. The antenna installed in the trip conductor arrangement is likewise described (page N24). and page N25), similarly, how to input and output high-frequency signals. It is also described in detail how to connect a planar antenna to a railway system, as shown in There is. Further information on planar antennas can be found in Cinke and Brunsvinoch, “High "Frequency Technology Reader" (4th edition, Volume 4, Scheplinger Verlag, Berlin and Hague) Idelberg (published in 1990, p. 413 et seq.); The guidebook explains the basic concepts regarding antennas in detail (Chapter 6, especially Chapter 6). (See ゜1, 7th child, pages 365 et seq.).
ストリップ導体技術により平面状で蛇行状に構成されたアンテナはヨーロッパ特 許出願公開第００６１８３１号公報および英国特許出願公開第２１６５７００号 公報に記載されている。アンテナはそれぞれ従来の基板上に設けられた従来の電 気導体から構成されている。上記の最初に挙げた刊行物は予め与えられた放射特 性にアンテナの形状を整合させる技術に関し、第２に挙げた刊行物は従来の平面 状アンテナの耐候性実装に関する。The antenna, which is constructed in a planar and serpentine shape using strip conductor technology, is a European specialty. Published Patent Application No. 0061831 and British Patent Application No. 2165700 It is stated in the official gazette. Each antenna is a conventional electric wire mounted on a conventional board. Composed of gas conductor. The first publication listed above is based on pre-given radiation characteristics. Regarding the technique of matching the shape of the antenna to the surface, the second publication listed is Concerning weatherproof mounting of shaped antennas.
平面状アンテナはストリップ導体技術により他の電子回路と共に単一の基板上に 配置することができる。このことは高周波領域において特にコンパクトな通信シ ステムを製作するという一般的な願望に沿うことがら、平面状アンテナが特に注 目されている。コンパクトな構成を得るためには、寸法が電磁信号の真空波長よ りも著しく小さいアンテナが望まれる。ＧＨｚ範囲の周波数を持つ信号に対して 真空波長は約１０ｃｍであるが、しかしながらアンテナはＩｃｍ以下であること が望まれている。従来の電気導体から成る“電気的に小さい”アンテナを使用す ることはしかしながらアンテナの一般に非常に小さい放射抵抗のために電気導体 内の高いオーミ７り損失によって生じる一般に非常に低い効率をもたらすことに なる。オーミック損失を防止するために、超伝導体によってアンテナを形成する ことが既に公知である（ドイツ連邦共和国特許第、１０４６１２１号明細書参照 ）。Planar antennas can be mounted on a single board along with other electronic circuits using strip conductor technology. can be placed. This is especially true for compact communication systems in the high frequency range. In line with the general desire to fabricate stems, planar antennas are of particular interest. Being watched. To obtain a compact configuration, the dimensions must be close to the vacuum wavelength of the electromagnetic signal. An antenna with significantly smaller size is desired. For signals with frequencies in the GHz range The vacuum wavelength is about 10 cm, however the antenna should be less than I cm. is desired. Using “electrically small” antennas made of conventional electrical conductors However, due to the generally very small radiation resistance of the antenna, the electrical conductor Generally resulting in very low efficiency due to high ohmic losses in the Become. Forming antennas with superconductors to prevent ohmic losses This is already known (see German Patent No. 1046121). ).
高周波回路、特にストリップ導体装置に超伝導体を使用することは、数年前に発 見された高い遷移温度を持つセラミック超伝導体つまり現在では“セラミック高 温超伝導体゛′として一般に知られている材料に関連して、関心が著しく高まっ ている。その材料に関する記載、特に高温超伝導体用の可能な組成に関する記載 はヨーロッパ特許出願公開第０３３７６５６号公報にあり、同様に１９９１年４ 月１５日〜１９日にローマで開催されたｒＨＴｓｃ薄膜に関する国際研究会：特 性および応用」にδいて高周波回路およびアンテナ内での高温超伝導体製薄膜の 使用可能性に関するエッチ・ヒャローブカおよびジー・ミエラーの講演「低マイ クロ波損失形ＨＴＳＣ３膜のリニアデバイスへの応用」によって報告されている 。The use of superconductors in high frequency circuits, especially strip conductor devices, began several years ago. Ceramic superconductors with high transition temperatures, which have been There has been a significant increase in interest related to materials commonly known as hot superconductors. ing. Description of the material, in particular of possible compositions for high-temperature superconductors is in European Patent Application Publication No. 0337656, and also published in April 1991. International study group on rHTSC thin films held in Rome from March 15th to 19th: Special δ of high-temperature superconductor thin films in high-frequency circuits and antennas. Ecchi Hyalobka and Gee Mieller's talk on usability, “Low Mi Application of chromatic wave loss type HTSC3 film to linear devices” was reported. .
その際、使用可能な高温超伝導体ならびに基板用の可能な材料およびこの基板の 寸法に関する報告が行われた。同様にセラミック高温超伝導体をベースとする平 面状アンテナに関しても詳細な報告が行われた。特殊な超伝導性平面状アンテナ に間する詳細はさらにエイ・ピシュケ、エッチ・ヒャロープカ、エヌ・クライン およびジー・スプリット著の論文「小形化超伝導性平面アンテナ」 （タライン ホイバッハ報告書、第３４巻、１９９１年発行、第１７１頁以降参照）に記載さ れている。In this case, the available high-temperature superconductors and possible materials for the substrate and the A report on dimensions was made. Similarly, planar materials based on ceramic high-temperature superconductors A detailed report was also given regarding planar antennas. Special superconducting planar antenna Further details are provided by A. Pischke, H. Hjalopka, and N. Klein. and G. Split's paper "Saturated Superconducting Planar Antenna" (Taline Heubach Report, Volume 34, published in 1991, pages 171 et seq.) It is.
平面状アンテナの一般に矩形状または円形状素子を小形化することは、原理的に は充分に大きい誘電率を有する誘電体基板を使用することによって可能である。In principle, it is possible to downsize the generally rectangular or circular elements of a planar antenna. is possible by using a dielectric substrate with a sufficiently large dielectric constant.
ストリップ導体装置を形成するために使用される材料として超伝導体が選定され る場合、このような小形化を行うことは確かにこの種の材料の特性によって妨害 されないが、この小形化を行うことによってアンテナの帯域幅が著しく縮小し、 このことによりその適用性が強く制限され、しかも使用可能な周波数帯域幅に成 る種の条件を有する通信系統に対しては単一の平面状アンテナの代わりに多数の 適当に合わせられた平面状アンテナが使用されなければならない、小形化をさら に進めると、帯域の相応する縮小によって、例えばテレビジラン信号のような広 帯域信号を伝送するためにはアンテナの適性が疑問視されるようになる。これに 関しては例えば上記のエイ・ピシュケ、エッチ・ヒャロープカ、エヌ・クライン およびジー・スプリット著の論文を参照されたい、この論文には、絶対帯域幅は 僅かに４ＭＨｚであるが、その絶対帯域幅を特殊な手段を講する（２層のストリ ップ導体装置を使用する）ことによってテレビジョン信号を伝送するのに適する 値の９ＭＨｚへ高めることができる、２．４Ｃ−Ｈｚの周波数で駆動される平面 状アンテナが記載されている。小形化が進むにつれて帯域幅が縮小されることは 刊行物「プロシーデインダス・オブ・ジ・アイトリプルイー」第６９巻、１９８ １年発行、第１７０頁に掲載されたアール・シー・ハンセン著の論文「アンテナ の基本的限界」第６９巻、１９８１年発行、ｉ！！１７０真に記載されている。Superconductors were selected as the material used to form the strip conductor device. Such miniaturization is certainly hampered by the properties of this type of material when However, this miniaturization significantly reduces the antenna bandwidth. This strongly limits its applicability and limits the usable frequency bandwidth. For communication systems with different conditions, multiple planar antennas can be used instead of a single planar antenna. A suitably tailored planar antenna must be used, further reducing the size of the antenna. Proceeding to The suitability of antennas for transmitting band signals comes into question. to this For example, the above-mentioned A. Pischke, H. Hjalopka, and N. Klein. and G. Split, which states that the absolute bandwidth is Although the absolute bandwidth is only 4MHz, special measures are taken to increase the absolute bandwidth (two-layer strip suitable for transmitting television signals by using top conductor equipment) Plane driven at a frequency of 2.4C-Hz, which can be increased to a value of 9MHz A shaped antenna is described. Bandwidth will shrink as miniaturization progresses. Publication "Procedure of the Itriple E" Volume 69, 198 An article written by R.C. ``Fundamental Limits'' Volume 69, published 1981, i! ! 170 true.
この刊行物には、電気的に小さいアンテナ（即ち例えば平面状アンテナ）の寸法 を最低品質、従って最大帯域幅に関係付けることが示されている。その際、何れ にせよ極めて望ましくない効率低下を来すことによって当然帯域幅を拡大したア ンテナ内での損失は無視されている。This publication describes the dimensions of electrically small antennas (i.e. planar antennas, for example). is shown to relate to the lowest quality and therefore the highest bandwidth. At that time, However, applications that naturally increase bandwidth by incurring highly undesirable efficiency losses Losses within the antenna are ignored.
本発明の課題は、従来技術を考慮して、小形化アンテナのために、損失が僅少で あり（従って効率が高＜）、従来技術による平面状アンテナに比較して明らかに 大きい帯域幅を有するアンテナ素子、しかも平面状アンテナ素子を提供すること にある。An object of the present invention is to minimize the loss due to the miniaturization of the antenna in consideration of the prior art. Yes (therefore the efficiency is high), clearly compared to conventional planar antennas. To provide an antenna element having a large bandwidth, and moreover, a planar antenna element. It is in.
本発明による平面状アンテナ素子は、第１表面とこの第１表面にほぼ平行な第２ 表面とを備えた誘電体基板上に設けられたストリップ導体装置によって構成され 、第１表面がストリップ導体装置を形成する超伝導性の第４被膜を有し、第２表 面が導電性の第２被膜によってほぼ覆われ、アンテナ素子が狭い間隔で互いに位 置しかつ互いにほぼ平行である複数のストリップから構成され、各ストリップが ２つの端部を有し、ストリップがその端部のところで蛇行状に互いに結合される ことを特徴とする。A planar antenna element according to the invention has a first surface and a second surface substantially parallel to the first surface. It consists of a strip conductor device provided on a dielectric substrate with a surface and , the first surface has a superconducting fourth coating forming a strip conductor arrangement, and Table 2 The surface is substantially covered by a conductive second coating, and the antenna elements are closely spaced from each other. Consists of a number of strips arranged parallel to each other and each strip having two ends at which the strips are joined together in a serpentine manner It is characterized by
本発明はさらに、誘電体基板上に設けられたストリップ導体装置によって構成さ れ必要に応じて後述する実施例の１つの枠内の本発明による平面状アンテナ素子 を少なくとも１つ備えた平面状アンテナに関する。この平面状アンテナ内には本 発明による平面状アンテナ素子が必要に応じて他の有利な特性と連携して特別な 指向効率を得るために配置される。The present invention further comprises a strip conductor device provided on a dielectric substrate. A planar antenna element according to the present invention within the framework of one of the embodiments described later as necessary. The present invention relates to a planar antenna including at least one. There is a book inside this planar antenna. The planar antenna element according to the invention has special features, if necessary in conjunction with other advantageous properties. Arranged for directivity efficiency.
本発明による平面状アンテナ素子は従来技術によるアンテナ素子に比較して多数 の利点ををする０部ち本発明によるアンテナ素子に生じる共振周波数および帯域 幅を決定する共振効果は、従来技術による平面状アンテナ素子の一般的な矩形状 のスｉリフブ導体に生じる共振効果とは実質的に異なっている。従来技術による アンテナ素子に対して本発明によるアンテナ素子は本質的に、放射ｔｍ波または 基板内への受信ｔｍ波の半波長の何倍も大きい長さを有する一次元の折畳み式共 振器である。従来技術による平面状アンテナ素子の長さはその波長の半分である ６本発明による平面状アンテナ素子において放射を生ぜしめる高周波電流は従来 技術のように“二次元”共振によって作られるのではなく、“−次元”共振によ って作られる。アンテナ素子を形成するストリップに流れる高周波電流は共振器 においてはほぼ互いに同相で加重的に重畳される。実際に本発明によるアンテナ 素子によれば５０％以上の効率が達成されると共に７％の帯域幅が達成される。The planar antenna element according to the present invention has a larger number than the antenna element according to the prior art. The resonant frequency and band generated in the antenna element according to the present invention have the following advantages: The resonance effect that determines the width is due to the general rectangular shape of planar antenna elements according to the prior art. This is substantially different from the resonant effect that occurs in a sliver conductor. By conventional technology For the antenna element, the antenna element according to the invention essentially radiates TM waves or A one-dimensional foldable beam with a length many times larger than the half wavelength of the received TM wave into the substrate. It is a shaker. The length of the planar antenna element according to the prior art is half the wavelength. 6 The high frequency current that causes radiation in the planar antenna element according to the present invention is It is not created by "two-dimensional" resonance like in technology, but by "-dimensional" resonance. It is made. The high frequency current that flows through the strip that forms the antenna element is a resonator. , they are almost mutually in phase and are weightedly superimposed. An antenna according to the invention in practice The device achieves an efficiency of over 50% and a bandwidth of 7%.
一方、同し寸法の公知の平面状アンテナ素子の場合、帯域幅は０．５％の範囲で ある。On the other hand, for a known planar antenna element with the same dimensions, the bandwidth is in the range of 0.5%. be.
さらに本発明によるアンテナ素子は特別な純粋モード、すなわち放射ｉ磁界の簡 単にかつ良好に記述可能なパターンを保証する。というのは、アンテナは従来技 術による単純な平面状アンテナのように多数の互いに直角の方向に励起されるの ではな（、蛇行を形成するストリップの延在方向に対して平行な方向にだけ励起 されるからである０本発明によるアンテナ素子の放射電磁界は比較的単純であり 、それゆえ本発明によるアンテナ素子は一連のアンテナ素子を有する平面状アン テナに使用するのに特に通する。Furthermore, the antenna element according to the invention has a special pure mode, i.e. a simple radiation field. Guarantees simple and well-descriptible patterns. This is because the antenna is a conventional technology. A simple planar antenna, which can be excited in many directions perpendicular to each other, (, excitation only in the direction parallel to the extending direction of the strip forming the meander This is because the radiated electromagnetic field of the antenna element according to the present invention is relatively simple. , therefore the antenna element according to the invention is a planar antenna having a series of antenna elements. Especially suitable for use with tena.
超伝導体の使用は比較的大きい誘電率を持つ誘電体基板の使用を可能にし、この ことによって特に小さな寸法のアンテナが得られることも強調することができる 。アンテナ内のオーミック損失は超伝導体によって小さくされるので、アンテナ の寸法が小さくても高い効率が得られる。The use of superconductors allows the use of dielectric substrates with relatively large permittivity; It can also be emphasized that antennas of particularly small dimensions can be obtained by . The ohmic loss in the antenna is reduced by the superconductor, so the antenna High efficiency can be obtained even with small dimensions.
給電線、特にストリップ導体技術で構成された給電線または同軸線を接続するた めに、直流的、誘導的および容量的な全ての結合方法が利用される０本発明によ れば、結合の具体的な形成は、アンテナ素子が上述した理由から従来技術の平面 状アンテナ素子において問題となる共振を形成する可能性を全く有しないように することによって、簡単になる。For connecting feed lines, especially feed lines constructed with strip conductor technology or coaxial lines. According to the present invention, all coupling methods, direct current, inductive and capacitive, are utilized for this purpose. If so, the specific formation of the coupling is such that the antenna element is not planar in the prior art for the reasons mentioned above. There is no possibility of forming problematic resonance in the shaped antenna element. It becomes easier by doing this.
本発明によるアンテナ素子における第１被膜の互いに隣接するストリップは勿論 その間隔が小さいので互いに容量的または誘導的に相互に結合され、それゆえ蛇 行状に互いに結合されたストリップから構成された共振器の共振特性は必ずしも 同じ長さの真っ直ぐに伸ばされたストリップ線の共振特性とは同しではない。The mutually adjacent strips of the first coating in the antenna element according to the invention are of course Because of their small spacing they are interconnected capacitively or inductively and therefore The resonance characteristics of a resonator constructed from strips coupled together in rows are not necessarily It is not the same as the resonance characteristics of a straight strip wire of the same length.
ストリップ同士を結合することにより帯域幅の他に共振周波数の値も同様に変化 することがあるが、このことはアンテナ素子の寸法を適当に整合させることによ って対処することができる。即ち場合によっては、アンテナ素子のストリップ長 さは基板の誘ａＳに関係する放射または受信電磁信号の波長の半分から若干ずら されなければならない、理論的にめられた寸法にこのように整合させることはし かしながら高周波技術においては一般に行われていることであり、この種の技術 に造詣の深い当業者には良く知られているところである。このことは、ストリッ プ導体装置の１磁特性の完全な理論的説明力呵能ではないので、ストリップ導体 装置の寸法には特に有効である。By coupling strips together, the value of the resonant frequency as well as the bandwidth changes as well. This can be achieved by properly matching the antenna element dimensions. You can deal with it. i.e. in some cases the strip length of the antenna element The wavelength is slightly shifted from half the wavelength of the radiated or received electromagnetic signal related to the substrate's aS This matching to the theoretically determined dimensions that must be However, this is common practice in high frequency technology, and this type of technology This is well known to those skilled in the art. This means that the strip Since a complete theoretical explanation of the magnetic properties of a strip conductor device is not possible, This is particularly useful for device dimensions.
本発明による平面状アンテナ素子におけるストリップの個数は個々の事例におけ る幾何学的および電気的な要求に合わせられる。好ましくは少なくとも５個、特 に少なくとも１０個のストリップが使用されるが、ストリップの個数は好ましく は最大で４０個、特に２０個に制限される。特にストリップの最大個数は好まし くはストリップ導体装置を製造するために採用された製造方法に合わせられる。The number of strips in the planar antenna element according to the invention depends on the individual case. tailored to the geometrical and electrical requirements of the Preferably at least 5, especially at least 10 strips are used, but the number of strips is preferably is limited to a maximum of 40 pieces, especially 20 pieces. Especially the maximum number of strips is preferable. or adapted to the manufacturing method employed to manufacture the strip conductor device.
この製造方法としては、スパッタリング法およびレーザ除去法等の多種多様なＰ ＶＤおよびＣＶＤ法が必要に応じて被膜のパターンを形成するためのりソゲラフ 法と組合わされて使用される。さらにまたスクリーン印刷法も使用される。This manufacturing method includes a wide variety of methods such as sputtering method and laser removal method. VD and CVD methods are used to form coating patterns as required. used in combination with law. Furthermore, screen printing methods are also used.
あらゆる構成における本発明によるアンテナ素子の形状は、ストリップがほぼ矩 形状、特にほぼ正方形状の囲い内に配！されるように選定すると有利である。The shape of the antenna element according to the invention in all configurations is such that the strip is approximately rectangular. Shape, especially placed in an almost square enclosure! It is advantageous to select such that
本発明による平面状アンテナ素子の帯域幅を拡大するために、この平面状アンテ ナ素子は、長さの異なったストリップ、特に周波数が予め選定されている際に共 振を達成するのに必要である長さを得るために長さが所定の範囲内で変えられた ストリップを互いに組合わせることによって構成することができる０種々異なっ た長さのこのようなストリップは、アンテナ素子がほぼ台形状、特に鏡面対称の 台形状の囲い内に設けられるように互いに配置されると有利である。In order to expand the bandwidth of the planar antenna element according to the present invention, The elements can be used in strips of different lengths, especially when the frequency is preselected. The length was varied within a predetermined range to obtain the length needed to achieve the swing. 0 different types that can be constructed by combining strips with each other Such strips of long length are suitable for antenna elements with approximately trapezoidal shape, especially mirror symmetry. Advantageously, they are arranged relative to each other in such a way that they are provided within a trapezoidal enclosure.
本発明による平面状アンテナ素子の全てのストリップはほぼ真っ直ぐであるのが 好ましく、全て一様な幅を有している。特に、全てのストリップを一様な幅に形 成することによって、共振周波数の際のアンテナ素子上の電流分布が充分に均一 になることが保証されるが、そのことは簡単に取扱可能でがっ夏山可能な放射電 磁界を形成するのに有効である。All strips of the planar antenna element according to the invention are substantially straight. Preferably, they all have a uniform width. In particular, shape all strips to a uniform width. This ensures that the current distribution on the antenna element at the resonant frequency is sufficiently uniform. It is guaranteed that it will be easily handled and that there will be no radiated radiation Effective in forming a magnetic field.
あらゆる構成における本発明による平面状アンテナ素子の小形化をさらに助成す るために、２つのストリップの各結合部には、アンテナ素子の駆動周波数の際に 有効な大きさのキャパシタンスを育するコンデンサを第２被膜および基板とによ って形成する成形体の形態の“容量性負荷”が設けられる。このような容量性負 荷を設けることによって、ストリップの長さは容量性負荷を設けなかった時に必 要な長さに比べて短くすることができる。従って、容量性負荷を設置することに よって、共振周波数が設定されている際には寸法のより一層の短縮が達成される 。Further aiding the miniaturization of planar antenna elements according to the present invention in all configurations In order to A capacitor that develops an effective capacitance is formed by the second film and the substrate. A "capacitive load" is provided in the form of a shaped body formed by: Such a capacitive negative By providing a load, the length of the strip is reduced to what it would be without a capacitive load. It can be made shorter than the required length. Therefore, we decided to install a capacitive load. Therefore, a further reduction in dimensions is achieved when the resonant frequency is set. .
本発明による平面状アンテナ素子を形成することのできる基板は比較的大きい誘 電率を持つ材料から特に構成される。というのは、設定された共振周波数のため に必要なアンテナの寸法は誘電率が大きくなれば小さくなるからである。少なく とも１０、特に少なくとも２５の誘電率を持つ基板が選定されると有利である。The substrate on which the planar antenna element according to the invention can be formed has a relatively large diameter. Specifically composed of materials with electrical conductivity. Because the set resonant frequency This is because the dimensions of the antenna required for this decrease as the dielectric constant increases. less It is advantageous if a substrate is chosen which has a dielectric constant of both 10 and especially at least 25.
このような基板のための考えられ得る材料には、必要に応じてガラスファイバ等 によって強化されたプラスチック、特に必要に応してファイバ強化され得るポリ テトラフルオロエチレンがある。同様に結晶基板、必要に応じては微結晶基板を 使用することもできる。このために試験された材料には酸化アルミニウム、酸化 マグネシウムおよびランタン・アルミン酸塩がある。特にランタン・アルミン酸 塩および酸化マグネシウムは、第１被膜及び／又は第２被膜用の超伝導材料とし て例えばイツトリウム、バリウム、銅および酸素から成る公知の化合物のような セラミック高温超伝導体が使用されなければならない場合に有利である。単結晶 のランタン・アルミン酸塩上にはセラミック高温超伝導体を蒸気相からエピタキ シャルに成長させることができ、それゆえ基板の有利な結晶軸方向によって、結 晶軸が同様に大きな電流搬送力を得るために有利な方向へ向けられた超伝導被膜 が得られる。酸化アルミニウムは約２２の大きな誘電率と、特に損失の少ないス トリップ導体装置を形成可能にする特に大きい絶縁抵抗とを有するので特に注目 されている。Possible materials for such a substrate include glass fiber, etc., if desired. reinforced plastics, especially those that can be fiber reinforced if required. There is tetrafluoroethylene. Similarly, use a crystal substrate, or a microcrystal substrate if necessary. You can also use Materials tested for this include aluminum oxide, There are magnesium and lanthanum aluminates. Especially lanthanum aluminate The salt and magnesium oxide serve as superconducting materials for the first and/or second coating. such as the known compounds consisting of yttrium, barium, copper and oxygen. It is advantageous if ceramic high temperature superconductors have to be used. single crystal Ceramic high-temperature superconductors are epitaxially deposited on lanthanum aluminate from the vapor phase. Therefore, due to the favorable crystallographic axis direction of the substrate, Superconducting coatings whose crystal axes are similarly oriented in an advantageous direction to obtain large current carrying power. is obtained. Aluminum oxide has a high dielectric constant of about 22 and a particularly low loss conductor. Of particular interest as it has a particularly high insulation resistance which makes it possible to form trip conductor devices. has been done.
本発明による超伝導性平面状アンテナ素子が設けられる基板のほぼ全面に亘って 形成される第２被膜には、銅、銀および金のような良導電性材料が使用される。Over almost the entire surface of the substrate on which the superconducting planar antenna element according to the present invention is provided A highly conductive material such as copper, silver and gold is used for the second coating formed.
低損失に関しては超伝導性の第２被膜を設けることが特に有利である。第２被膜 はしかしながら何れの場合にもストリップ導体装置を形成する第１被膜よりも僅 かしか負荷を受けないので、特に経済的条件の下では従来の電気導体、特に銅ま たは貴金属から成る第２被膜を使用することが有意義である。With regard to low losses, it is particularly advantageous to provide a superconducting second coating. Second coating However, in both cases it is slightly smaller than the first coating forming the strip conductor arrangement. Traditional electrical conductors, especially copper or It is advantageous to use a second coating consisting of precious metals.
第２被膜を第１被膜と同じ物質から構成し、それにより両波膜を１つの作業工程 で設けることができるようにすれば、本発明による平面状アンテナ素子はコスト 的に有利に製造することができる。ストリップ導体装置を形成するための第１被 膜のパターン形成はこのような場合には第２の作業工程においてエンチング等に よって行われるか、または基板が第１被膜内にストリップ導体装置を得るために 被膜を形成する前に一部透明なマスクによって覆われる。The second coating is composed of the same material as the first coating, so that both wave coatings can be combined in one work step. If the planar antenna element according to the present invention can be provided with It can be manufactured advantageously. a first covering for forming a strip conductor arrangement; In such cases, patterning of the film is performed by etching etc. in the second work process. or the substrate may be provided with a strip conductor arrangement within the first coating. It is partially covered with a transparent mask before forming the coating.
あらゆる構成における本発明によるアンテナ素子のための第１被膜（または同様 に出来るならば第２被膜も）を形成するために特に有利な材料としては特にセラ ミック超伝導体が適し、例えば１２３形（即ち、公知のイツトリウム−バリウム −銅−酸素の化合物）または２２１２形（例えば、タリウム、バリウム、カルシ ウム、銅および酸素からなる化合物）のセラミック高温超伝導体を使用するのが 有利である。A first coating (or similar) for an antenna element according to the invention in any configuration Particularly advantageous materials for forming the second coating (if possible, also the second coating) include ceramics. Mick superconductors are suitable, for example type 123 (i.e. the known yttrium-barium - copper-oxygen compounds) or type 2212 (e.g. thallium, barium, calcium The use of ceramic high-temperature superconductors (compounds consisting of aluminum, copper, and oxygen) It's advantageous.
あらゆる構成における本発明によるアンテナ素子のための基板の厚みは、通常の 用途に対しては好ましくは０．３ｍｍ 〜１．５ｍｍ、特に０．５ｍｍ〜１．０ ｍｍに選定される。既に詳細に説明したよように、基板の厚みの選定に関係して 場合によっては基板上には表面波が発生する。しかしながら、予め与えられた大 きさに基板の厚みを選定することによって、表面波の擾乱作用は充分に小さくす ることができる。The substrate thickness for the antenna element according to the invention in all configurations is For applications, preferably 0.3 mm to 1.5 mm, especially 0.5 mm to 1.0 mm. As already explained in detail, in connection with the selection of substrate thickness In some cases, surface waves are generated on the substrate. However, given a large By carefully selecting the thickness of the substrate, the disturbance effect of surface waves can be made sufficiently small. can be done.
次に本発明を図面に示された実施例に基づいて説明する。各実施例は一部分を概 略的に及び／又は若干変形して示されている。このことはそれぞれの重要部分を 強調するのに有意義である。Next, the present invention will be explained based on embodiments shown in the drawings. Each example is a partial summary. The figures are shown schematically and/or slightly modified. This means that each important part It is useful to emphasize.
図４はストリップ導体技術にて給電線を含んだ本発明による平面状アンテナ素子 の簡単な実施例を示す概略図である。Figure 4 shows a planar antenna element according to the invention containing a feed line using strip conductor technology. FIG.
図２は特に大きな帯域幅を有する本発明によるアンテナ素子の他の実施例を示す 概略図である。FIG. 2 shows another embodiment of an antenna element according to the invention with a particularly large bandwidth. It is a schematic diagram.
図３はストリップ導体装置に同軸線を結合する結合部を含んだストリップ導体装 置を備えた基板の断面図である。Figure 3 shows a strip conductor system including a coupling part for connecting a coaxial line to a strip conductor system. FIG.
図４は本発明によるアンテナ素子の特にコンパクトな実施例を示す要部概略図で ある。FIG. 4 is a schematic diagram of essential parts showing a particularly compact embodiment of the antenna element according to the present invention. be.
図５は多数の本発明によるアンテナ素子から構成された平面状アンテナを示す概 略図である。FIG. 5 schematically shows a planar antenna constructed from a number of antenna elements according to the invention. This is a schematic diagram.
本発明の基礎をなす原理を説明するために先ず図１および図２を共に参照する。To explain the principles underlying the invention, reference is first made to FIGS. 1 and 2 together.
これらの図には、ストリップ導体装置に所属する給電線１２への結合素子１３を 介して用途に応してストリップ導体技術にて出来れば同じように構成された電子 回路、例えば送信器または受信器へ導かれる本発明によるアンテナ素子１を備え たストリップ導体装置がそれぞれ示されている。アンテナ素子ｌは端部８が結合 部１０を介して蛇行状に結合されている多数のストリップ７がら構成されている 。In these figures, the coupling element 13 to the feed line 12 belonging to the strip conductor arrangement is shown. Depending on the application, electronics preferably constructed in the same way using strip conductor technology comprising an antenna element 1 according to the invention which is guided to a circuit, for example a transmitter or a receiver; A strip conductor device is shown in each case. Antenna element l is connected at end 8 It is composed of a number of strips 7 connected in a serpentine manner through portions 10. .
アンテナ素子１は共振周波数を有しており、しがもこの共振周波数は各ストリッ プ７の長さくもしくは全ストリップ７の平均長さ）がｃ図１および図２には理解 を容易にするために示されていない）基板内の共振周波数を有する電磁波の半波 長に一致する周波数であり、これにはストリップ７が狭い間隔で隣接する際に現 れる結合効果が考慮される０図１に示された平面状アンテナ素子１は９個のスト リップ７を含み、図２に示されたアンテナ素子１は８個のストリップ７を含んで いる。これらの個数は本発明によれば可能な個数であるが、しがしながら決して 本発明を代表する個数ではない、実際上アンテナ素子１内には非常に多数のスト リップ７を含ませることができ、特にストリップを４０個まで含ませることがで きる。全ての図において、特に図１および図２において、同様にストリップ７の 幅および相互間隔は本発明を代表するものではない、つまり、ストリップ７の寸 法および配置は実際上個々の事例の要求に合わせることができる。The antenna element 1 has a resonant frequency, and this resonant frequency is different from each strip. Figures 1 and 2 show that the length of strip 7 or the average length of all strips 7 is half-wave of an electromagnetic wave with a resonant frequency in the substrate (not shown to facilitate This is the frequency that corresponds to the length, which occurs when the strips 7 are closely spaced. The planar antenna element 1 shown in FIG. The antenna element 1 shown in FIG. 2 includes eight strips 7. There is. Although these numbers are possible according to the present invention, they are by no means impossible. In practice, there are a very large number of strips within the antenna element 1, which is not a representative number of the present invention. Lips 7 can be included, and in particular up to 40 strips can be included. Wear. In all figures, especially in FIGS. 1 and 2, the strip 7 is likewise The width and mutual spacing are not representative of the invention, i.e. the dimensions of the strips 7 Laws and arrangements can be practically adapted to the requirements of individual cases.
図１に示された実施例においてはアンテナ素子ｌのストリップ７は互いに同し長 さに形成されており、それゆえアンテナ素子１は矩形状の囲い９によって囲むこ とができる。アンテナ素子１への給電はストリップ７への給電線１２の１ＩＩｆ Ｌ結合によって行われ、その場合アンテナ素子１と給電線１２との間には結合素 子１３つまり四分の一波長変成器として考慮されたストリップ導体部材が介挿さ れている。結合素子１３はアンテナ素子１の人力インピーダンスを給電線１２の インピーダンスに整合させる。In the embodiment shown in FIG. 1, the strips 7 of the antenna element l have the same length as each other. Therefore, the antenna element 1 can be surrounded by a rectangular enclosure 9. I can do it. The power supply to the antenna element 1 is 1IIf of the power supply line 12 to the strip 7. This is done by L coupling, in which case there is a coupling element between the antenna element 1 and the feed line 12. In other words, a strip conductor member considered as a quarter wavelength transformer is inserted. It is. The coupling element 13 converts the human power impedance of the antenna element 1 into the power impedance of the feed line 12. Match impedance.
図２には種々異なった長さのストリップを育するアンテナ素子１が示されている 。このアンテナ素子１のストリップ７はアンテナ素子１が台形状の囲い９によっ て囲まれるように配置されている。このような装置は図４に示されている装！と 同し程度に小形化することはできないが、しかしながら特に大きな帯域幅を有す る点で優れている０図２に示されている実施例においてはアンテナ素子１への給 電線１２の結合は容量的に行われる。結合素子１３は給電線１２がアンテナ素子 １に密に接近する個所に設けられる。結合素子１３の長さを適当に選定すること によって場合によってはアンテナ素子１と給電線１２との間に他の変成器素子を 設ける必要がな（なる。FIG. 2 shows an antenna element 1 growing strips of different lengths. . This strip 7 of the antenna element 1 means that the antenna element 1 is provided with a trapezoidal enclosure 9. It is arranged so that it is surrounded by Such a device is shown in Figure 4! and cannot be miniaturized to the same degree, but has particularly large bandwidth. In the embodiment shown in FIG. 2, the feed to the antenna element 1 is The coupling of the wires 12 is done capacitively. The coupling element 13 is such that the feed line 12 is an antenna element. 1 is placed in close proximity to 1. Appropriately select the length of the coupling element 13 Depending on the situation, other transformer elements may be installed between the antenna element 1 and the feed line 12. There is no need to set it up.
図３は第４表面３および第２表面４を有する誘電体基板２の断面図を示す、この 図３において、第１表面３にはアンテナ素子１を形成するための第１被膜５が設 けられ、第２表面４はほぼ全面に亘って設けられた第２被膜６を有している。FIG. 3 shows a cross-sectional view of a dielectric substrate 2 having a fourth surface 3 and a second surface 4. In FIG. 3, a first coating 5 for forming the antenna element 1 is provided on the first surface 3. The second surface 4 has a second coating 6 provided over almost the entire surface.
第１被膜５および第２被膜６は両方とも導電性を示し、その場合本発明によれば 第１被膜５は超伝導性を示さなければならず、第２被膜６は超伝導性を示さなく てもよい０図３に示されているようにアンテナ素子ｌにはさらに同軸導線１４が 結合可能である。第２被膜６は切欠１５ををしており、この切欠１５には、同軸 導線１４の外部導体１６が第２被膜６に接触してこれに結合され、しかも内部導 体１７がその切欠１５内へ入るように同軸導線１４が取付けられている。外部導 体１６と内部導体１７との間の電界はこのようにして基［２をアンテナ素子ｌま で透過する。アンテナ素子１の人力インピーダンスを同軸導線１４のインピーダ ンスに整合させるために、必要に応して、内部導体１７は外部導体１６内でずら される０図３は概略図を示し、特に基板２、第４被膜５および第２被膜６の厚み は全く実寸通り示されておらず、第１被膜５および第２被膜６は具体的な構成に よれば基板２よりも何桁か薄く形成され得る。アンテナ素子１への同軸導線１４ の結合も同様に概略的に示されている。というのは、この結合方法は公知であり 、従ってその具体的な実現方法を示す必要がないからである。Both the first coating 5 and the second coating 6 exhibit electrical conductivity, in which case according to the invention The first coating 5 must exhibit superconductivity, and the second coating 6 must not exhibit superconductivity. As shown in FIG. 3, the antenna element l further includes a coaxial conductor 14. Can be combined. The second coating 6 has a notch 15, and this notch 15 has a coaxial The outer conductor 16 of the conductor 14 contacts and is coupled to the second coating 6, and the inner conductor A coaxial conductor 14 is mounted so that the body 17 enters the cutout 15 thereof. external guidance The electric field between the body 16 and the inner conductor 17 is thus It passes through. The human power impedance of the antenna element 1 is the impedance of the coaxial conductor 14. If necessary, the inner conductor 17 is offset within the outer conductor 16 to match the 3 shows a schematic diagram, in particular the thicknesses of the substrate 2, the fourth coating 5 and the second coating 6. are not shown to scale, and the first coating 5 and the second coating 6 are not shown to scale in any way. Accordingly, it can be formed several orders of magnitude thinner than the substrate 2. Coaxial conductor 14 to antenna element 1 The combination of is also shown schematically. This is because this joining method is well known. , Therefore, there is no need to show a specific method for realizing it.
図４はより一層の小形化を可能にする本発明によるアンテナ素子の一実施例の要 部が概略図にて示されている。２個のストリップ７の結合部１０は、（図示され ていない）基板および（同様に図示されていない）第２被膜とで実効容量を持つ コンデンサを形成する成形体１１を存している。アンテナ素子の上述した駆動方 法の場合、各結合部１０には高電圧と低電流とが現れ、従ってかかる結合部では 実効容量を備えることによって共振周波数を維持しながら寸法を短縮させること ができる。成形体１１の形状および配置は個々の事例の要求および実現可能性に 応して選定可能である０図示された実施例におけるストリップ７は厳密に互いに 平行に形成されていない、しかしながら、本発明においてはこのようにすること は同様に必要ではない。FIG. 4 shows the outline of an embodiment of the antenna element according to the present invention, which enables further miniaturization. The parts are shown schematically. The joint 10 of the two strips 7 (not shown) substrate (not shown) and a second coating (also not shown) have an effective capacitance. A molded body 11 forming a capacitor is present. The above-mentioned method of driving the antenna element In the case of a method, a high voltage and a low current appear at each connection 10, so that at such a connection Reduce dimensions while maintaining resonant frequency by providing effective capacitance Can be done. The shape and arrangement of the shaped bodies 11 depend on the requirements and feasibility of the individual case. The strips 7 in the illustrated embodiment can be selected accordingly. However, in the present invention, it is not formed in parallel. is likewise not necessary.
図５は２つの平面状アンテナ素子１から構成された平面状アンテナが示されてい る。アンテナ素子１は結合素子１３を介して給電線１２に直流的に結合されてお り、それゆえ互いに平行でしかも１を磁信号の同じ相で駆動される９図示された 実施例によれば、アンテナ素子１は多種多様な目的のために、例えば指向性効率 及び／又は円形状に偏波した放射電磁界を得るために、互いに組合わせることが できる。FIG. 5 shows a planar antenna composed of two planar antenna elements 1. Ru. The antenna element 1 is DC coupled to the feed line 12 via a coupling element 13. 9, which are parallel to each other and driven by the same phase of the magnetic signal. According to embodiments, the antenna element 1 can be used for a wide variety of purposes, e.g. and/or may be combined with each other to obtain a circularly polarized radiated electromagnetic field. can.
本発明は、誘電体基板から成るストリップ導体装置によって構成され、特に寸法 が小さくて特に高い効率を有し、かつ特に広い帯域幅を有ししかも簡単に同種の アンテナ素子と組合わせて平面状アンテナを構成することのできる平面状アンテ ナ素子に関する。The present invention is constituted by a strip conductor device consisting of a dielectric substrate, in particular the dimensions is small, has a particularly high efficiency, has a particularly wide bandwidth and can be easily replaced by similar devices. A planar antenna that can be combined with antenna elements to form a planar antenna. Regarding Namoto.
ＩＧ Ｉ ＩＧ ２ 国際調査報告 フロントページの続き （７２）発明者 ヒヤロープカ、ハインツドイツ連邦共和国 デー−４６３０ボ ツフムシンケルシュトラーセ ８４ （７２）発明者 ピシュケ、アルント ドイツ連邦共和国 デー−４０００デュツセルドルフ １３ ライテンシュトル ファーシュトラーセ ３５IG I IG 2 international search report Continuation of front page (72) Inventor Hjalopka, Heinz Federal Republic of Germany Day-4630 Bo Zhumschinkelstrasse 84 (72) Inventor Pischke, Arndt Federal Republic of Germany Day-4000 Düsseldorf 13 Leitenstol Farstrasse 35
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