JP3006867B2 - 広帯域平面アンテナ - Google Patents
広帯域平面アンテナInfo
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- JP3006867B2 JP3006867B2 JP2283737A JP28373790A JP3006867B2 JP 3006867 B2 JP3006867 B2 JP 3006867B2 JP 2283737 A JP2283737 A JP 2283737A JP 28373790 A JP28373790 A JP 28373790A JP 3006867 B2 JP3006867 B2 JP 3006867B2
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- Japan
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- planar antenna
- parasitic
- frequency
- antenna
- band
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は衛星通信や移動通信等に用いられるアンテナ
に関し、特に、それ自体でアンテナとして用いられる
他、アレーアンテナの放射素子として用いられる広帯域
特性を有するプリントアンテナおよびパッチアンテナ等
の広帯域平面アンテナの構造に係る。
に関し、特に、それ自体でアンテナとして用いられる
他、アレーアンテナの放射素子として用いられる広帯域
特性を有するプリントアンテナおよびパッチアンテナ等
の広帯域平面アンテナの構造に係る。
プリントおよびパッチ等の平面アンテナで広帯域化を
図るための構成として、給電素子の前方に複数枚の無給
電素子を多層に積み上げた多層構造のものと、同一平面
内に給電素子と多数の無給電素子を有する１層構造のも
のとがある。
図るための構成として、給電素子の前方に複数枚の無給
電素子を多層に積み上げた多層構造のものと、同一平面
内に給電素子と多数の無給電素子を有する１層構造のも
のとがある。
前者の多層構造については第６図に示すような、Ball
Corp.社出願の「広帯域マイクロストリップアンテナ及
びその製法」（特開昭63−189002）がある。このアンテ
ナは同図（ａ）に示すように、給電素子の前方に無給電
素子を２層重ねた３層構造を採っている。同図において
51は金属板、52は誘電体板、53は放射素子、54は給電
点、55および56は広帯域化のための無給電素子、57およ
び58は無給電素子の支持板である。
Corp.社出願の「広帯域マイクロストリップアンテナ及
びその製法」（特開昭63−189002）がある。このアンテ
ナは同図（ａ）に示すように、給電素子の前方に無給電
素子を２層重ねた３層構造を採っている。同図において
51は金属板、52は誘電体板、53は放射素子、54は給電
点、55および56は広帯域化のための無給電素子、57およ
び58は無給電素子の支持板である。
広帯域化は、増幅器等で周知技術であるスタガ同調の
概念と同じである。即ち同図（ｂ）に示すように、給電
素子と直上の無給電素子の周波数を目標の帯域の両端に
位置するように選定し、最上面の無給電素子の周波数が
帯域中央に配置することにより、広い帯域で良好な整合
を得ることができる。実現性能としては、反射量がVSWR
＜1.5となる帯域幅が17％となる極めて広帯域な特性が
得られている。
概念と同じである。即ち同図（ｂ）に示すように、給電
素子と直上の無給電素子の周波数を目標の帯域の両端に
位置するように選定し、最上面の無給電素子の周波数が
帯域中央に配置することにより、広い帯域で良好な整合
を得ることができる。実現性能としては、反射量がVSWR
＜1.5となる帯域幅が17％となる極めて広帯域な特性が
得られている。
一方、１層構造の例としては、第７図に示すような、
C.K.Aananden「Compact Broadband Microstrip Antenn
a」（Electronics Letters 25th September 1986 Vol.2
2,No.20）、及び第８図のK.C.Guptaの「Nonradiating E
dges and Four Edges Gap−Coupled Multiple Resonato
r Broad−Band Microstrip Antennas」（IEEE Transact
ions on Antennas and Propagation,Vol.AP−33,No.2,F
ebruary 1985）などの文献に記されたものがある。
C.K.Aananden「Compact Broadband Microstrip Antenn
a」（Electronics Letters 25th September 1986 Vol.2
2,No.20）、及び第８図のK.C.Guptaの「Nonradiating E
dges and Four Edges Gap−Coupled Multiple Resonato
r Broad−Band Microstrip Antennas」（IEEE Transact
ions on Antennas and Propagation,Vol.AP−33,No.2,F
ebruary 1985）などの文献に記されたものがある。
第７図に示すAanandanの例では、同図（ａ）のように
給電点64を有する短冊形の給電素子63に並列に５素子の
長さの等しい短冊形無給電素子65〜69を配列している。
このアンテナの帯域特性を（ｂ）に示す。ここで、70は
アンテナ入力インピーダンスの周波数変化の軌跡を表し
ており、同図の円はスミスチャートである。また、同図
の小円71の内側がVSWR＜２となる範囲を示している。こ
の例ではVSWR＜２で６％の帯域幅が示されている。
給電点64を有する短冊形の給電素子63に並列に５素子の
長さの等しい短冊形無給電素子65〜69を配列している。
このアンテナの帯域特性を（ｂ）に示す。ここで、70は
アンテナ入力インピーダンスの周波数変化の軌跡を表し
ており、同図の円はスミスチャートである。また、同図
の小円71の内側がVSWR＜２となる範囲を示している。こ
の例ではVSWR＜２で６％の帯域幅が示されている。
上述したような広帯域平面アンテナの内、第６図に示
す多層構造のものにおいては、第１層と第２の層を極め
て近接して配置する必要があり、高い精度の組み立て技
術が必要となり、また、誘電体板を３枚重ねてアンテナ
を組み上げる必要があることから、量産性を損ねるとと
もに、重量の増大を伴うという欠点があった。
す多層構造のものにおいては、第１層と第２の層を極め
て近接して配置する必要があり、高い精度の組み立て技
術が必要となり、また、誘電体板を３枚重ねてアンテナ
を組み上げる必要があることから、量産性を損ねるとと
もに、重量の増大を伴うという欠点があった。
一方、第７図に示すような１層構造の広帯域平面アン
テナにおいては、無給電素子を加えることにより帯域幅
は10倍程度に増大することができるものの、例えば、自
動車電話方式用アンテナとしては比帯域10％程度が要求
されており、６％という値は広帯域性能としては不十分
であった。
テナにおいては、無給電素子を加えることにより帯域幅
は10倍程度に増大することができるものの、例えば、自
動車電話方式用アンテナとしては比帯域10％程度が要求
されており、６％という値は広帯域性能としては不十分
であった。
また、同図（ａ）に示す放射特性に見られるように、
周波数により英字符Ｅで示すようにビーム方向が変化す
るという不都合も生ずる。
周波数により英字符Ｅで示すようにビーム方向が変化す
るという不都合も生ずる。
更に、第８図のGuptaの例では、同図（ａ）に示すよ
うに給電点74を有する矩形の給電素子73に並列に２個の
矩形無給電素子75,76を配列している。このアンテナの
帯域特性は同図（ｂ）に示すようになる。
うに給電点74を有する矩形の給電素子73に並列に２個の
矩形無給電素子75,76を配列している。このアンテナの
帯域特性は同図（ｂ）に示すようになる。
同図において、80はアンテナ入力インピーダンスの周
波数変化の軌跡を表わしており、VSWR＜２となる帯域幅
77は15％強の性能が得られている。しかし、帯域幅は改
善されたものの、３層構造の1/2程度が達成されたのみ
で、広帯域性としては未だ十分で無い。また、同図
（ａ）の放射特性に見られるように、周波数により英字
符Ｆで示すようにビーム方向が変化するという不都合も
生ずる。
波数変化の軌跡を表わしており、VSWR＜２となる帯域幅
77は15％強の性能が得られている。しかし、帯域幅は改
善されたものの、３層構造の1/2程度が達成されたのみ
で、広帯域性としては未だ十分で無い。また、同図
（ａ）の放射特性に見られるように、周波数により英字
符Ｆで示すようにビーム方向が変化するという不都合も
生ずる。
本発明はこのような従来の問題点に鑑み、給電素子の
前方に１層の無給電素子を配置する簡単な２層構造によ
って、これまで３層構造で達成されたと同程度の広帯域
性能を得ることの可能な平面アンテナを実現することを
目的としている。
前方に１層の無給電素子を配置する簡単な２層構造によ
って、これまで３層構造で達成されたと同程度の広帯域
性能を得ることの可能な平面アンテナを実現することを
目的としている。
本発明によれば、上述の目的は、前記特許請求の範囲
に記載した手段により達成される。
に記載した手段により達成される。
すなわち、本発明は、平面の金属板からなるアース板
の前面に誘電体板をはさんで、短冊形状の金属平板の給
電素子（Ａ）を該給電素子と前記アース板の面とが平行
と成るように配置し、更にその前面に１つの金属平板の
導波素子（Ｂ）を有する平面アンテナにおいて、給電素
子と同一面に、金属平板（Ｃ）を複数個、給電素子に対
して対称となるように配置し、前記導波素子（Ｂ）の共
振周波数が前記給電素子（Ａ）及び前記金属平板（Ｃ）
の各共振周波数のうち最高周波数と最低周波数の間に設
定した広帯域平面アンテナである。
の前面に誘電体板をはさんで、短冊形状の金属平板の給
電素子（Ａ）を該給電素子と前記アース板の面とが平行
と成るように配置し、更にその前面に１つの金属平板の
導波素子（Ｂ）を有する平面アンテナにおいて、給電素
子と同一面に、金属平板（Ｃ）を複数個、給電素子に対
して対称となるように配置し、前記導波素子（Ｂ）の共
振周波数が前記給電素子（Ａ）及び前記金属平板（Ｃ）
の各共振周波数のうち最高周波数と最低周波数の間に設
定した広帯域平面アンテナである。
比帯域15％以上の広帯域特性を達成するためには、最
低限３つの共振周波数が必要となるが、本発明において
は、給電素子と同一面内に複数個の無給電素子を配置す
ることにより、給電素子の周波数に加えて無給電素子の
種類に応じた数の共振周波数を、一つの層で得ることが
できるようにしている。
低限３つの共振周波数が必要となるが、本発明において
は、給電素子と同一面内に複数個の無給電素子を配置す
ることにより、給電素子の周波数に加えて無給電素子の
種類に応じた数の共振周波数を、一つの層で得ることが
できるようにしている。
すなわち、本発明においては、第１層の給電素子およ
び無給電素子の周波数を目標帯域の両端に設定し、これ
らの素子の真上に当たる位置に、目標帯域の中心付近の
共振周波数を有する無給電素子を配置し、これら複数の
周波数の合成により、簡単な２層構造により広帯域化を
達成している。
び無給電素子の周波数を目標帯域の両端に設定し、これ
らの素子の真上に当たる位置に、目標帯域の中心付近の
共振周波数を有する無給電素子を配置し、これら複数の
周波数の合成により、簡単な２層構造により広帯域化を
達成している。
第１図は本発明の一実施例を示す図であって、（ａ）
は構造図を示している。同図に示すように、アース板１
で裏打ちされた誘電体板２の表面に、給電素子３および
その両側に対称位置に配置された無給電素子5,6を形成
し、その上方に、無給電素子５の外側から無給電素子６
の外側までの寸法（図中に英字符Ｇで示す）と同程度の
幅（Ｇ′）を有する第２の無給電素子７を給電素子と0.
1波長程度の間隔を保って配置し、さらに必要に応じて
支持板８を有するように構成されている。
は構造図を示している。同図に示すように、アース板１
で裏打ちされた誘電体板２の表面に、給電素子３および
その両側に対称位置に配置された無給電素子5,6を形成
し、その上方に、無給電素子５の外側から無給電素子６
の外側までの寸法（図中に英字符Ｇで示す）と同程度の
幅（Ｇ′）を有する第２の無給電素子７を給電素子と0.
1波長程度の間隔を保って配置し、さらに必要に応じて
支持板８を有するように構成されている。
同図（ｂ）は動作原理図である。給電素子の共振周波
数をf0、両側の同寸法の無給電素子の共振周波数をf2と
して、各々を帯域の上下端に位置するように各素子寸法
を選定する。また、給電素子上方の無給電素子７は、共
振周波数f1がf0とf2の中間に位置するように素子寸法を
選定する。ここで、f0とf2は薄い誘電体板２を介した共
振であるため狭帯域であるが、f1はアース板１と無給電
素子７の広い間隔を挟んだ共振であるため広帯域であ
る。f1の有する広帯域性に対し、f0とf2を合わせる方法
は、３層構造による広帯域化と同様の原理に基づくもの
で、３層と同程度の広帯域特性を実現できる。
数をf0、両側の同寸法の無給電素子の共振周波数をf2と
して、各々を帯域の上下端に位置するように各素子寸法
を選定する。また、給電素子上方の無給電素子７は、共
振周波数f1がf0とf2の中間に位置するように素子寸法を
選定する。ここで、f0とf2は薄い誘電体板２を介した共
振であるため狭帯域であるが、f1はアース板１と無給電
素子７の広い間隔を挟んだ共振であるため広帯域であ
る。f1の有する広帯域性に対し、f0とf2を合わせる方法
は、３層構造による広帯域化と同様の原理に基づくもの
で、３層と同程度の広帯域特性を実現できる。
第２図は上記実施例の電気的特性を示す図であって、
（ａ）は反射量と周波数の関係を示しており、（ｂ）は
インピーダンスの周波数特性を示している。反射量が−
14dB以下（VSWR＜1.5）となる帯域で見ると、中心周波
数のfcに対し0.9fcから1.07fcまで即ち0.17fcの17％の
帯域を有しており、第６図に示した３層から成る構造の
平面アンテナと等価な広帯域特性が実現されていること
がわかる。
（ａ）は反射量と周波数の関係を示しており、（ｂ）は
インピーダンスの周波数特性を示している。反射量が−
14dB以下（VSWR＜1.5）となる帯域で見ると、中心周波
数のfcに対し0.9fcから1.07fcまで即ち0.17fcの17％の
帯域を有しており、第６図に示した３層から成る構造の
平面アンテナと等価な広帯域特性が実現されていること
がわかる。
この時の、fcは900MHzで、f0＝0.95fc,f1＝0.99fc,f2
＝1.04fcであり、また、各部の寸法は誘電体板が厚さ6m
mのBTレジン（比誘電率3.7）、給電素子は幅15mm、長さ
97mmで給電点位置が下端より30mm、無給電素子は幅10m
m、長さ91mmであり、給電素子との間隔は5mmである。
＝1.04fcであり、また、各部の寸法は誘電体板が厚さ6m
mのBTレジン（比誘電率3.7）、給電素子は幅15mm、長さ
97mmで給電点位置が下端より30mm、無給電素子は幅10m
m、長さ91mmであり、給電素子との間隔は5mmである。
また上方の無給電素子は幅40mm、長さ126mmで誘電体
面から30mmの間隔で係着してある。
面から30mmの間隔で係着してある。
第８図に示す従来の１層構造の広帯域平面アンテナの
例では、図中に示す給電素子および無給電素子の幅Ｗは
波長の約1/3が必要であり、従って中心周波数fcが900MH
zであればＷは110mm程度となるから、無給電素子75の外
側から無給電素子76の外側までの寸法は330mm以上とい
う非常に大きなものとなっていた。
例では、図中に示す給電素子および無給電素子の幅Ｗは
波長の約1/3が必要であり、従って中心周波数fcが900MH
zであればＷは110mm程度となるから、無給電素子75の外
側から無給電素子76の外側までの寸法は330mm以上とい
う非常に大きなものとなっていた。
これに対し、本実施例の広帯域平面アンテナでは、上
述のように給電素子の幅は15mm、無給電素子の幅は10m
m、給電素子と無給電素子との間隔は5mmであるから無給
電素子５の外側から無給電素子６の外側までの寸法Ｇは
45mmであり、本発明によれば、前記従来のものに比べて
非常に小形に広帯域平面アンテナを構成できることが分
かる。
述のように給電素子の幅は15mm、無給電素子の幅は10m
m、給電素子と無給電素子との間隔は5mmであるから無給
電素子５の外側から無給電素子６の外側までの寸法Ｇは
45mmであり、本発明によれば、前記従来のものに比べて
非常に小形に広帯域平面アンテナを構成できることが分
かる。
第３図には、本アンテナの磁界面内の放射特性を示
す。アース板の幅は150mmとしている。全帯域に亘りア
ンテナの正面方向を中心とした対称性の良いビームが実
現されており、第７図、第８図の構造で問題となってい
たビームシフトは解消されている。
す。アース板の幅は150mmとしている。全帯域に亘りア
ンテナの正面方向を中心とした対称性の良いビームが実
現されており、第７図、第８図の構造で問題となってい
たビームシフトは解消されている。
第４図は本発明の他の実施例を示す図であって、第１
図に示した実施例の無給電素子5,6と同一面の外側にf3
の共振周波数を有する短冊形の金属板9,10を添着せしめ
たものである。
図に示した実施例の無給電素子5,6と同一面の外側にf3
の共振周波数を有する短冊形の金属板9,10を添着せしめ
たものである。
本実施例の平面アンテナでは同図（ｂ）に示すよう
に、f3をf2に近接して帯域の外側に来るように設定する
ことにより、先の実施例に較べ、一層の広帯域化が可能
となる。
に、f3をf2に近接して帯域の外側に来るように設定する
ことにより、先の実施例に較べ、一層の広帯域化が可能
となる。
以上の実施例では、無給電素子の形状を総て短冊形の
ものを示しているが、これらは短冊形に限定されるもの
ではなく例えば、第５図（ａ），（ｂ）の11〜14に示す
ような形状のものでも良く、所定の周波数を満足し得る
ものであれば、如何なる形状のものであっても良い。
ものを示しているが、これらは短冊形に限定されるもの
ではなく例えば、第５図（ａ），（ｂ）の11〜14に示す
ような形状のものでも良く、所定の周波数を満足し得る
ものであれば、如何なる形状のものであっても良い。
以上述べたように、本発明によれば、給電素子と同一
面に複数個の無給電素子を配置することにより２層分の
共振特性を実現でき、２層構造の平面アンテナにも拘わ
らず３層構造に匹敵する広帯域特性を達成できる利点が
ある。
面に複数個の無給電素子を配置することにより２層分の
共振特性を実現でき、２層構造の平面アンテナにも拘わ
らず３層構造に匹敵する広帯域特性を達成できる利点が
ある。
第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は実施例の
電気的特性を示す図、第３図は実施例の広帯域平面アン
テナの磁界面内の放射特性を示す図、第４図は本発明の
他の実施例を示す図、第５図は無給電素子の形状を短冊
形以外のものとした例を示す図、第６図は従来の３層構
造の広帯域平面アンテナの例を示す図、第７図は従来の
１層構造の広帯域平面アンテナの例を示す図、第８図は
従来の１層構造の広帯域平面アンテナの他の例を示す図
である。 １……金属板、２……誘電体板、３……放射素子、４…
…給電点、5,6,9〜14……無給電素子
電気的特性を示す図、第３図は実施例の広帯域平面アン
テナの磁界面内の放射特性を示す図、第４図は本発明の
他の実施例を示す図、第５図は無給電素子の形状を短冊
形以外のものとした例を示す図、第６図は従来の３層構
造の広帯域平面アンテナの例を示す図、第７図は従来の
１層構造の広帯域平面アンテナの例を示す図、第８図は
従来の１層構造の広帯域平面アンテナの他の例を示す図
である。 １……金属板、２……誘電体板、３……放射素子、４…
…給電点、5,6,9〜14……無給電素子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木島 誠 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 木村 英章 東京都千代田区内幸町１丁目１番６号 日本電信電話株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−88904（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−27609（ＪＰ，Ｕ) テレビジョン学会誌 Ｖｏｌ．38，Ｎ ｏ．11．1984，ｐｐ．976−984 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01Q 13/08 ＪＯＩＳ
Claims (1)
- 【請求項１】平面の金属板からなるアース板の前面に誘
電体板をはさんで、短冊形状の金属平板の給電素子
（Ａ）を該給電素子と前記アース板の面とが平行と成る
ように配置し、更にその前面に１つの金属平板の導波素
子（Ｂ）を有する平面アンテナにおいて、 給電素子と同一面に、金属平板（Ｃ）を複数個、給電素
子に対して対称となるように配置し、 前記導波素子（Ｂ）の共振周波数が前記給電素子（Ａ）
及び前記金属平板（Ｃ）の各共振周波数のうち最高周波
数と最低周波数の間に設定したことを特徴とする、広帯
域平面アンテナ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2283737A JP3006867B2 (ja) | 1990-10-22 | 1990-10-22 | 広帯域平面アンテナ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2283737A JP3006867B2 (ja) | 1990-10-22 | 1990-10-22 | 広帯域平面アンテナ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04157905A JPH04157905A (ja) | 1992-05-29 |
| JP3006867B2 true JP3006867B2 (ja) | 2000-02-07 |
Family
ID=17669454
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2283737A Expired - Lifetime JP3006867B2 (ja) | 1990-10-22 | 1990-10-22 | 広帯域平面アンテナ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3006867B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7315283B2 (en) | 2006-04-06 | 2008-01-01 | Tatung Company | Dual-band circularly polarized antenna |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2806350B2 (ja) * | 1996-03-14 | 1998-09-30 | 日本電気株式会社 | パッチ型アレイアンテナ装置 |
| JPH1032422A (ja) * | 1996-07-16 | 1998-02-03 | N T T Ido Tsushinmo Kk | 平面回路型ノッチアンテナ |
| JP4070645B2 (ja) * | 2003-03-20 | 2008-04-02 | クラリオン株式会社 | 平面アンテナ |
| KR100781933B1 (ko) * | 2005-12-16 | 2007-12-04 | 주식회사 이엠따블유안테나 | 단일 급전 단층 2 중 대역 원편파 안테나 |
| JP4208025B2 (ja) * | 2006-07-12 | 2009-01-14 | Ｔｏｔｏ株式会社 | 高周波センサ装置 |
| WO2009013817A1 (ja) | 2007-07-25 | 2009-01-29 | Fujitsu Limited | 無線タグ |
| JP5310552B2 (ja) * | 2007-07-25 | 2013-10-09 | 富士通株式会社 | 無線タグ及びその製造方法 |
| KR101032029B1 (ko) * | 2008-03-31 | 2011-05-02 | 주식회사 이엠따블유 | 기생소자를 이용한 광대역 프린트 모노폴 안테나 |
| JP5788548B2 (ja) | 2014-03-03 | 2015-09-30 | 株式会社フジクラ | マイクロストリップアンテナ |
| DE102018219986A1 (de) * | 2018-11-22 | 2020-05-28 | Robert Bosch Gmbh | Leiterplatte für Radarsensoren mit metallischer Füllstruktur und Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte für Radarsensoren mit metallischer Füllstruktur |
-
1990
- 1990-10-22 JP JP2283737A patent/JP3006867B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| テレビジョン学会誌 Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．１１．１９８４，ｐｐ．９７６−９８４ |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7315283B2 (en) | 2006-04-06 | 2008-01-01 | Tatung Company | Dual-band circularly polarized antenna |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04157905A (ja) | 1992-05-29 |
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