JP7793882B2 - Microstrip Antenna - Google Patents
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Description
本発明は、特に無線電力伝送に使用されるマイクロストリップアンテナに関する。 The present invention relates to a microstrip antenna, particularly for use in wireless power transmission.
無線電力伝送に使用される送信機は、無線通信に使用される送信機より高出力の電波を放射する。このため、無線電力伝送に使用される送信機がその無線電力伝送の使用周波数帯外の周波数を有する電波を放射すると、電波干渉が特に問題となる。このため、無線電力伝送に使用される送信機に設けられ、使用周波数帯外の周波数を有する電波の放射を低減し、電波干渉を低減するフィルタには、より優れた特性、即ちより大きい減衰量が求められている。 Transmitters used for wireless power transmission emit higher-power radio waves than transmitters used for wireless communication. For this reason, when a transmitter used for wireless power transmission emits radio waves with frequencies outside the frequency band used for that wireless power transmission, radio wave interference becomes a particular problem. For this reason, filters installed in transmitters used for wireless power transmission to reduce the emission of radio waves with frequencies outside the frequency band used and to reduce radio wave interference are required to have better characteristics, i.e., greater attenuation.
従来の送信機では、増幅器とアンテナの間に挿入されたフィルタの段数を増やし、回路面積を大きくすることで、フィルタの減衰量の増加を実現している。しかし、送信機の回路面積には多くの制限がある。 In conventional transmitters, increasing the number of filter stages inserted between the amplifier and antenna and enlarging the circuit area achieves increased filter attenuation. However, there are many limitations on the circuit area of a transmitter.
一方、送信機のアンテナが必要なアンテナ利得を実現するために比較的大きな空間を占有することは許容されている。このため、アンテナにフィルタ機能を付加すれば、増幅器とアンテナの間に挿入されたフィルタの小型化、それにより送信機内の容積の有効活用が可能になる。 On the other hand, it is acceptable for the transmitter antenna to occupy a relatively large space in order to achieve the required antenna gain. Therefore, adding a filtering function to the antenna allows the filter inserted between the amplifier and antenna to be made smaller, thereby making more effective use of the volume within the transmitter.
非特許文献1には、基本モードの電流線に沿ったスリットを有するパッチを備える円形マイクロストリップアンテナが開示されている。このマイクロストリップアンテナでは、高調波の周波数付近に発生する高次モードのパッチ表面電流分布が乱される結果、その高次モードの発生が抑圧されたり、その高次モードの共振周波数が低下したりするため、高調波の放射が抑制される。このようにして、このマイクロストリップアンテナには、フィルタ機能が付加される。 Non-Patent Document 1 discloses a circular microstrip antenna equipped with a patch having a slit aligned with the fundamental mode current line. In this microstrip antenna, the patch surface current distribution of higher-order modes that occur near the harmonic frequencies is disrupted, suppressing the occurrence of those higher-order modes and lowering the resonant frequency of those higher-order modes, thereby suppressing harmonic radiation. In this way, a filtering function is added to this microstrip antenna.
また、特許文献1には、H型のマイクロストリップパッチを備え、高い放射効率を有するマイクロストリップアンテナが開示されている。 Patent document 1 also discloses a microstrip antenna equipped with an H-shaped microstrip patch and having high radiation efficiency.
しかし、非特許文献1に開示されたマイクロストリップアンテナでは、大きなフィルタの減衰量を得るために、共振器としての放射素子の無負荷Qを高くし、急峻な共振特性を実現する必要がある。しかし、無負荷Qを高くするために、マイクロストリップアンテナの誘電体基板を薄くすると、放射効率が低下する。 However, in the microstrip antenna disclosed in Non-Patent Document 1, in order to obtain a large filter attenuation, it is necessary to increase the unloaded Q of the radiating element acting as a resonator and achieve steep resonance characteristics. However, if the dielectric substrate of the microstrip antenna is made thinner in order to increase the unloaded Q, the radiation efficiency decreases.
例えば、基本波の周波数が2.45GHz帯にある場合、2次高調波の周波数において、0.18dBの反射減衰量、換言すれば14dBのフィルタの減衰量が得られる。しかし、このとき、誘電体基板の厚みは、λを基本波の波長として、0.006λであり、無負荷Qは107であり、放射効率は約58%である。 For example, if the fundamental frequency is in the 2.45 GHz band, a return loss of 0.18 dB is obtained at the second harmonic frequency, in other words, a filter attenuation of 14 dB. However, in this case, the thickness of the dielectric substrate is 0.006 λ, where λ is the wavelength of the fundamental wave, the unloaded Q is 107, and the radiation efficiency is approximately 58%.
また、特許文献1に開示されたマイクロストリップアンテナは、高い放射効率を有するが、あまり優れたフィルタ機能を有しない。 Furthermore, the microstrip antenna disclosed in Patent Document 1 has high radiation efficiency, but does not have very good filtering functionality.
本発明の目的は、高い放射効率と大きなフィルタの減衰量を両立させることができるマイクロストリップアンテナを提供することにある。 The object of the present invention is to provide a microstrip antenna that can achieve both high radiation efficiency and large filter attenuation.
本発明のマイクロストリップアンテナは、接地導体と、前記接地導体に対向し、第1部分、第2部分、及び第3部分を有するパッチ導体と、前記接地導体と前記パッチ導体の間に形成された第1絶縁層と、前記第1部分に接続され、第1導体パターンで形成された分布定数フィルタと、を備え、前記第1部分は前記第2部分と前記第3部分の間を延伸するように形成され、前記第1部分の延伸方向に垂直な方向において、前記第1部分は前記第2部分及び前記第3部分より短く、前記分布定数フィルタは、前記第1部分を前記第1部分の延伸方向に伝搬する基本波を通過させ、前記第1部分を前記第1部分の延伸方向に伝搬する不要波を減衰させる。 The microstrip antenna of the present invention comprises a ground conductor, a patch conductor facing the ground conductor and having a first portion, a second portion, and a third portion, a first insulating layer formed between the ground conductor and the patch conductor, and a distributed constant filter connected to the first portion and formed of a first conductor pattern, wherein the first portion is formed to extend between the second portion and the third portion, and is shorter than the second portion and the third portion in a direction perpendicular to the extension direction of the first portion, and the distributed constant filter passes a fundamental wave propagating through the first portion in the extension direction of the first portion and attenuates unwanted waves propagating through the first portion in the extension direction of the first portion.
本発明によれば、高い放射効率と大きなフィルタの減衰量を両立させることができるマイクロストリップアンテナを実現できる。 The present invention makes it possible to realize a microstrip antenna that achieves both high radiation efficiency and large filter attenuation.
以降、本発明の複数の実施形態を示す。それぞれの実施形態は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせが可能である。それぞれの実施形態では、その実施形態以前に説明した点と異なる点について説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。 The following describes several embodiments of the present invention. Each embodiment is an example, and partial substitution or combination of the configurations shown in different embodiments is possible. In each embodiment, differences from those described in previous embodiments will be explained. In particular, similar effects resulting from similar configurations will not be mentioned in each embodiment.
《第1実施形態》
図1(A)は本発明の第1実施形態に係るマイクロストリップアンテナ10の平面図である。図1(B)はマイクロストリップアンテナ10のA-A断面図である。マイクロストリップアンテナ10は、接地導体11、パッチ導体20、絶縁層12、及び分布定数フィルタ13を備える。パッチ導体20は、第1部分21、第2部分22、第3部分23、及び複数のスタブ24を有する。スタブ24は本発明の「第1導体パターン」の一例である。絶縁層12は本発明の「第1絶縁層」の一例である。
First Embodiment
Fig. 1(A) is a plan view of a microstrip antenna 10 according to a first embodiment of the present invention. Fig. 1(B) is a cross-sectional view of the microstrip antenna 10 taken along line A-A. The microstrip antenna 10 includes a ground conductor 11, a patch conductor 20, an insulating layer 12, and a distributed constant filter 13. The patch conductor 20 has a first portion 21, a second portion 22, a third portion 23, and a plurality of stubs 24. The stubs 24 are an example of a "first conductor pattern" in the present invention. The insulating layer 12 is an example of a "first insulating layer" in the present invention.
パッチ導体20は接地導体11に対向するように配置される。これにより、パッチ導体20の全面が接地導体11に対向する。パッチ導体20は、例えばスペーサ(図示せず)によって接地導体11に対して間隔をあけて固定される。絶縁層12は、空気層であり、接地導体11とパッチ導体20の間に形成される。パッチ導体20の第1部分21はパッチ導体20の第2部分22とパッチ導体20の第3部分23の間をx軸方向に延伸するように形成される。x軸方向に垂直なy軸方向において、第1部分21は第2部分22及び第3部分23より短い。分布定数フィルタ13は、スタブ24で構成され、第1部分21に接続される。そして、分布定数フィルタ13は、第1部分21を第1部分21の延伸方向に伝搬する基本波を通過させ、第1部分21を第1部分21の延伸方向に伝搬する所定の高調波を減衰させる。高調波は本発明の「不要波」の一例である。 The patch conductor 20 is positioned opposite the ground conductor 11. This positions the entire surface of the patch conductor 20 opposite the ground conductor 11. The patch conductor 20 is fixed at a distance from the ground conductor 11, for example, by a spacer (not shown). The insulating layer 12 is an air layer formed between the ground conductor 11 and the patch conductor 20. The first portion 21 of the patch conductor 20 is formed to extend in the x-axis direction between the second portion 22 of the patch conductor 20 and the third portion 23 of the patch conductor 20. In the y-axis direction, which is perpendicular to the x-axis direction, the first portion 21 is shorter than the second portion 22 and the third portion 23. The distributed constant filter 13 is composed of a stub 24 and is connected to the first portion 21. The distributed constant filter 13 passes the fundamental wave propagating through the first portion 21 in the extension direction of the first portion 21 and attenuates certain harmonics propagating through the first portion 21 in the extension direction of the first portion 21. Harmonics are an example of "unwanted waves" in this specification.
なお、絶縁層12は、空気層に代えて、絶縁体材料で形成されてもよい。 In addition, the insulating layer 12 may be formed from an insulating material instead of an air layer.
また、分布定数フィルタ13は、2次高調波を減衰させてもよいし、より高次の高調波を減衰させてもよい。 Furthermore, the distributed constant filter 13 may attenuate second-order harmonics or higher-order harmonics.
また、変形例において、分布定数フィルタ13は、例えば2次高調波と3次高調波の両方を減衰させてもよい。 In a modified example, the distributed constant filter 13 may attenuate, for example, both the second and third harmonics.
また、変形例において、分布定数フィルタ13は、高調波以外のスプリアスを減衰させてもよい。 In a modified example, the distributed constant filter 13 may also attenuate spurious components other than harmonics.
パッチ導体20は、長方形をその長方形の向かい合う辺の中央からその長方形の中央に向けて切り欠いた形状、即ちほぼH型の形状を有する。第1部分21は、細長い形状を有し、x軸方向に延伸する。第2部分22及び第3部分23は長方形の形状を有し、その長方形は、x軸方向に平行な2辺と、y軸方向に平行な2辺とを有する。 The patch conductor 20 has a rectangular shape, with notches cut from the center of opposing sides toward the center of the rectangle, i.e., a roughly H-shaped shape. The first portion 21 has an elongated shape and extends in the x-axis direction. The second portion 22 and the third portion 23 have a rectangular shape, with two sides parallel to the x-axis direction and two sides parallel to the y-axis direction.
x軸方向における第1部分21の長さL1はλg1/2である。x軸方向における第2部分22の長さL2はλg2/2である。x軸方向における第3部分23の長さL3はλg3/2である。y軸方向における第2部分22及び第3部分23の長さL4はλg4/2以上である。ここで、λg1、λg2、及びλg3は、それぞれ、基本波が第1部分21、第2部分22、及び第3部分23をx軸方向に伝搬する場合の実効波長である。λg4は、基本波が第2部分22又は第3部分23をy軸方向に伝搬する場合の実効波長である。 The length L1 of the first portion 21 in the x-axis direction is λg1 /2. The length L2 of the second portion 22 in the x-axis direction is λg2 /2. The length L3 of the third portion 23 in the x-axis direction is λg3 /2. The length L4 of the second portion 22 and the third portion 23 in the y-axis direction is λg4 /2 or more. Here, λg1 , λg2 , and λg3 are effective wavelengths when the fundamental wave propagates through the first portion 21, the second portion 22, and the third portion 23 in the x-axis direction, respectively. λg4 is the effective wavelength when the fundamental wave propagates through the second portion 22 or the third portion 23 in the y-axis direction.
なお、第1部分21、第2部分22、及び第3部分23の寸法は、多少、上記の値と異なってもよい。 Note that the dimensions of the first portion 21, second portion 22, and third portion 23 may differ slightly from the above values.
第2部分22及び第3部分23はそれぞれスリット25及びスリット26を有する。スリット26は給電点15の近くに形成される。 The second portion 22 and the third portion 23 have a slit 25 and a slit 26, respectively. The slit 26 is formed near the feed point 15.
なお、スリット25,26は、必須ではなく、形成されなくてもよい。 Note that slits 25 and 26 are not required and do not have to be formed.
パッチ導体20は給電ピン14によって給電される。給電点15は例えばパッチ導体20の第3部分23に位置する。 The patch conductor 20 is fed by the feed pin 14. The feed point 15 is located, for example, in the third portion 23 of the patch conductor 20.
給電が行われると、パッチ導体20にx軸方向に電流が流れる。第1部分21に流れる電流は、第2部分22及び第3部分23に流れる電流と逆の位相を有する。その結果、第1部分21は、メインローブに寄与せず、サイドローブを引き起こす。このため、第1部分21は、放射に寄与せず、伝送線路として働く。そして、第2部分22及び第3部分23が放射素子として働く。 When power is supplied, current flows in the patch conductor 20 in the x-axis direction. The current flowing in the first portion 21 has the opposite phase to the current flowing in the second portion 22 and the third portion 23. As a result, the first portion 21 does not contribute to the main lobe, but causes side lobes. Therefore, the first portion 21 does not contribute to radiation and acts as a transmission line. The second portion 22 and the third portion 23 act as radiating elements.
マイクロストリップアンテナ10では、パッチ導体に切欠きを有しない方形マイクロストリップアンテナと比較して、x軸方向におけるパッチ導体の中央部分(第1部分21に相当する部分)のy軸方向における長さが短い。このため、当該中央部分が、より高い特性インピーダンスを有し、電流をより流しにくくなる。それ故、より低いサイドローブレベルが得られる。 In the microstrip antenna 10, the length in the y-axis direction of the central portion of the patch conductor in the x-axis direction (the portion corresponding to the first portion 21) is shorter than in a rectangular microstrip antenna without a notch in the patch conductor. This means that this central portion has a higher characteristic impedance and is less likely to allow current to flow. This results in a lower sidelobe level.
また、マイクロストリップアンテナ10は、放射素子として働く第2部分22及び第3部分23を有するが、アレイアンテナに設けられるような電力分配器を必要としない。このため、マイクロストリップアンテナ10では、アンテナ素子として方形マイクロストリップアンテナを有するアレイアンテナと比較して、電力分配器で生じる損失がなく、高い放射効率が得られる。 In addition, the microstrip antenna 10 has a second portion 22 and a third portion 23 that function as radiating elements, but does not require a power divider like that found in array antennas. Therefore, compared to array antennas that have rectangular microstrip antennas as antenna elements, the microstrip antenna 10 does not experience the losses that occur in a power divider and achieves high radiation efficiency.
スタブ24は、x軸方向に延伸する第1部分21から分岐するように形成される。スタブ24は、開放端を有し、さらに高調波の実効波長の1/4の長さを有する。即ち、スタブ24は高調波に対して1/4波長開放スタブである。これからわかるように、分布定数フィルタ13は、伝送線路として働く第1部分21に直列に接続され、基本波を通過させ、高調波を阻止する帯域阻止フィルタである。また、分布定数フィルタ13は高調波の周波数で共振する共振器でもある。 The stub 24 is formed to branch off from the first portion 21 extending in the x-axis direction. The stub 24 has an open end and a length that is 1/4 of the effective wavelength of the harmonic. In other words, the stub 24 is a 1/4-wavelength open stub for the harmonic. As can be seen from this, the distributed constant filter 13 is connected in series to the first portion 21, which acts as a transmission line, and is a band-stop filter that passes the fundamental wave and blocks the harmonics. The distributed constant filter 13 is also a resonator that resonates at the harmonic frequency.
なお、分布定数フィルタ13は、分布定数線路で構成された低域通過フィルタ又は帯域通過フィルタでもよい。また、分布定数フィルタ13は、基本波より低い周波数のスプリアスを減衰させる場合、分布定数線路で構成された高域通過フィルタでもよい。 The distributed constant filter 13 may be a low-pass filter or band-pass filter configured with a distributed constant line. Furthermore, when attenuating spurious signals at frequencies lower than the fundamental wave, the distributed constant filter 13 may be a high-pass filter configured with a distributed constant line.
図2は、マイクロストリップアンテナ10、及び第1比較例のマイクロストリップの反射減衰量の周波数特性を例示するグラフである。第1比較例のマイクロストリップアンテナは、分布定数フィルタ13を有しない点を除いて、マイクロストリップアンテナ10と同様に構成される。図2に示したグラフは電磁界シミュレーションによる計算結果である。また、図2に示したf0は基本波の周波数である。図2に示すように、マイクロストリップアンテナ10では、第1比較例のマイクロストリップアンテナと比較して、2次高調波の周波数2f0における反射減衰量が小さい。 2 is a graph illustrating the frequency characteristics of the return loss of the microstrip antenna 10 and the microstrip antenna of the first comparative example. The microstrip antenna of the first comparative example is configured similarly to the microstrip antenna 10 except that it does not have the distributed constant filter 13. The graph shown in FIG. 2 is a calculation result obtained by electromagnetic field simulation. Furthermore, f0 shown in FIG. 2 is the frequency of the fundamental wave. As shown in FIG. 2, the microstrip antenna 10 has a smaller return loss at the second harmonic frequency 2f0 than the microstrip antenna of the first comparative example.
図3は、マイクロストリップアンテナ10、第1比較例のマイクロストリップアンテナ、及び第2比較例のマイクロストリップアンテナの2次高調波減衰量及び放射効率を例示するグラフである。第2比較例のマイクロストリップアンテナは、非特許文献1に示されるように、基本モードの電流線に沿ったスリットを有する円形のパッチを備える。図3に示すように、マイクロストリップアンテナ10では、第1比較例及び第2比較例のマイクロストリップアンテナと比較して、2次高調波減衰量が大きく、第2比較例のマイクロストリップアンテナと比較して、放射効率が高い。このように、マイクロストリップアンテナ10は、大きい2次高調波減衰量と高い放射効率を両立させることができる。 Figure 3 is a graph illustrating the second-harmonic attenuation and radiation efficiency of microstrip antenna 10, the microstrip antenna of the first comparative example, and the microstrip antenna of the second comparative example. As shown in Non-Patent Document 1, the microstrip antenna of the second comparative example has a circular patch with a slit along the fundamental mode current line. As shown in Figure 3, microstrip antenna 10 has a larger second-harmonic attenuation than the microstrip antennas of the first and second comparative examples, and a higher radiation efficiency than the microstrip antenna of the second comparative example. In this way, microstrip antenna 10 can achieve both a large second-harmonic attenuation and high radiation efficiency.
第1実施形態によれば、高調波のような不要波を減衰させる分布定数フィルタ13が、放射に寄与せず、伝送線路として働くパッチ導体20の第1部分21に接続される。このため、アンテナからの放射は分布定数フィルタ13の影響を受けず、かつ共振器としてのパッチ導体20の全体において不要波が減衰される。それ故、放射効率が低下せず、かつアンテナのフィルタ機能が向上する。従って、高い放射効率と大きいフィルタの減衰量を両立させることができるマイクロストリップアンテナを実現できる。 According to the first embodiment, a distributed constant filter 13 that attenuates unwanted waves such as harmonics is connected to the first portion 21 of the patch conductor 20, which does not contribute to radiation and acts as a transmission line. As a result, radiation from the antenna is not affected by the distributed constant filter 13, and unwanted waves are attenuated throughout the entire patch conductor 20, which acts as a resonator. This prevents a decrease in radiation efficiency and improves the filtering function of the antenna. This makes it possible to achieve a microstrip antenna that achieves both high radiation efficiency and large filter attenuation.
《第2実施形態》
図4(A)は本発明の第2実施形態に係るマイクロストリップアンテナ30の平面図である。図4(B)はマイクロストリップアンテナ30のB-B断面図である。マイクロストリップアンテナ30は第1の実施形態に係るマイクロストリップアンテナ10と次の点で異なる。即ち、マイクロストリップアンテナ30は、絶縁層12に代えて絶縁層32を備え、パッチ導体20に代えてパッチ導体40を備える。
Second Embodiment
Fig. 4(A) is a plan view of a microstrip antenna 30 according to a second embodiment of the present invention. Fig. 4(B) is a cross-sectional view taken along the line B-B of the microstrip antenna 30. The microstrip antenna 30 differs from the microstrip antenna 10 according to the first embodiment in the following respects. That is, the microstrip antenna 30 includes an insulating layer 32 instead of the insulating layer 12, and a patch conductor 40 instead of the patch conductor 20.
パッチ導体40の第1部分21及びスタブ24に面する絶縁層32の厚みh1は、パッチ導体40の第2部分22及び第3部分23に面する絶縁層32の厚みh2より薄い。換言すれば、パッチ導体40の第1部分21及びスタブ24と接地導体11との間の距離は、パッチ導体40の第2部分22及び第3部分23と接地導体11との間の距離より短い。 The thickness h1 of the insulating layer 32 facing the first portion 21 and stub 24 of the patch conductor 40 is thinner than the thickness h2 of the insulating layer 32 facing the second portion 22 and third portion 23 of the patch conductor 40. In other words, the distance between the first portion 21 and stub 24 of the patch conductor 40 and the ground conductor 11 is shorter than the distance between the second portion 22 and third portion 23 of the patch conductor 40 and the ground conductor 11.
パッチ導体40は、例えば、板金加工等によって導体板を折り曲げることで製作される。 The patch conductor 40 is manufactured, for example, by bending a conductive plate using sheet metal processing or the like.
絶縁層32の厚みh1は、大きいフィルタの減衰量が得られるように選択される。より具体的に、絶縁層32の厚みh1は設計上の制約を満たした上で極力薄いほうがよい。絶縁層32の厚みh2は、高い放射効率が得られるように選択される。例えば、使用周波数が5GHz帯にある場合、適切な絶縁層32の厚みh1は約0.4mmであり、適切な絶縁層32の厚みh2は約1.5mmである。 The thickness h1 of the insulating layer 32 is selected to obtain a large filter attenuation. More specifically, the thickness h1 of the insulating layer 32 should be as thin as possible while still satisfying design constraints. The thickness h2 of the insulating layer 32 is selected to obtain a high radiation efficiency. For example, when the operating frequency is in the 5 GHz band, the appropriate thickness h1 of the insulating layer 32 is approximately 0.4 mm, and the appropriate thickness h2 of the insulating layer 32 is approximately 1.5 mm.
第2実施形態によれば、分布定数フィルタ13の形成された箇所において、絶縁層32が薄く設定される。このため、共振器としての分布定数フィルタ13の無負荷Qが高くなる。それ故、分布定数フィルタ13は、より急峻な共振特性、即ちより急峻なフィルタ特性を有する。従って、より大きいフィルタの減衰量が得られる。 In the second embodiment, the insulating layer 32 is set thin where the distributed constant filter 13 is formed. This increases the unloaded Q of the distributed constant filter 13 as a resonator. As a result, the distributed constant filter 13 has steeper resonance characteristics, i.e., steeper filter characteristics. This results in greater filter attenuation.
また、放射素子として働く第2部分22及び第3部分23の形成された箇所と、分布定数フィルタ13の形成された箇所において、絶縁層32の厚みが個別に設定されるので、放射効率は低下しない。 In addition, the thickness of the insulating layer 32 is set separately at the locations where the second and third portions 22 and 23, which act as radiating elements, are formed and at the location where the distributed constant filter 13 is formed, so radiation efficiency does not decrease.
第2実施形態は、適切な絶縁層32の厚みの差が顕著になる使用周波数帯、具体的に、適切な絶縁層32の厚みの差が1mm程度以上になる5GHz帯以下の使用周波数帯で、特に有効である。 The second embodiment is particularly effective in operating frequency bands where the difference in the appropriate thickness of the insulating layer 32 becomes significant, specifically, in operating frequency bands below 5 GHz where the difference in the appropriate thickness of the insulating layer 32 becomes approximately 1 mm or more.
《第3実施形態》
図5(A)は本発明の第3実施形態に係るマイクロストリップアンテナ50の平面図である。図5(B)はマイクロストリップアンテナ50のC-C断面図である。図6はパッチ導体60が図示されていないマイクロストリップアンテナ50の平面図である。
Third Embodiment
Fig. 5(A) is a plan view of a microstrip antenna 50 according to a third embodiment of the present invention. Fig. 5(B) is a CC cross-sectional view of the microstrip antenna 50. Fig. 6 is a plan view of the microstrip antenna 50 in which the patch conductor 60 is not shown.
マイクロストリップアンテナ50は第2の実施形態に係るマイクロストリップアンテナ30と次の点で異なる。即ち、マイクロストリップアンテナ50は、パッチ導体40に代えてパッチ導体60を備え、絶縁層32に代えて絶縁層52を備え、分布定数フィルタ13に代えて分布定数フィルタ53を備える。さらに、マイクロストリップアンテナ50は絶縁体基板56及び導体パターン58を備える。導体パターン58は本発明の「第2導体パターン」の一例である。 The microstrip antenna 50 differs from the microstrip antenna 30 according to the second embodiment in the following respects. Specifically, the microstrip antenna 50 includes a patch conductor 60 instead of the patch conductor 40, an insulating layer 52 instead of the insulating layer 32, and a distributed constant filter 53 instead of the distributed constant filter 13. Furthermore, the microstrip antenna 50 includes an insulating substrate 56 and a conductor pattern 58. The conductor pattern 58 is an example of the "second conductor pattern" of the present invention.
パッチ導体60は第1部分21に代えて第1部分61を有する。第1部分61は、x軸方向における位置に従って変化する幅を有する。接地導体11は絶縁体基板56の一方面に形成される。導体パターン58は絶縁体基板56の他方面に形成される。導体パターン58は、x軸方向に延伸し、x軸方向における位置に従って変化する幅を有する。導体パターン58は、例えば、エッチング技術によってプリント基板上の銅箔をパターニングすることで形成される。パッチ導体60の第1部分61は、導体パターン58上に配置され、半田付け等によって導体パターン58に接続される。分布定数フィルタ53は、互いに接続されたパッチ導体60の第1部分61と導体パターン58によって、Stepped Impedance型の低域通過フィルタとして構成される。分布定数フィルタ53は、基本波を通過させ、高帯域のスプリアスを減衰させる。 The patch conductor 60 has a first portion 61 instead of the first portion 21. The first portion 61 has a width that varies depending on the position in the x-axis direction. The ground conductor 11 is formed on one side of the insulator substrate 56. The conductor pattern 58 is formed on the other side of the insulator substrate 56. The conductor pattern 58 extends in the x-axis direction and has a width that varies depending on the position in the x-axis direction. The conductor pattern 58 is formed, for example, by patterning copper foil on a printed circuit board using etching techniques. The first portion 61 of the patch conductor 60 is disposed on the conductor pattern 58 and is connected to the conductor pattern 58 by soldering or the like. The distributed constant filter 53 is configured as a stepped impedance low-pass filter by the first portion 61 of the patch conductor 60 and the conductor pattern 58, which are connected to each other. The distributed constant filter 53 passes the fundamental wave and attenuates high-band spurious signals.
なお、分布定数フィルタ53は、マイクロストリップ線路で構成されているが、分布定数フィルタ53はコプレーナ導波路又は他の分布定数線路で構成されてもよい。 Note that although the distributed constant filter 53 is constructed of a microstrip line, the distributed constant filter 53 may also be constructed of a coplanar waveguide or other distributed constant line.
パッチ導体60の第1部分61及び導体パターン58で構成される部分に面する絶縁層52は絶縁体基板56で構成される。パッチ導体60の第2部分22及び第3部分23に面する絶縁層52は絶縁体基板56及び空気層57で構成される。空気層57は本発明の「第2絶縁層」の一例である。空気層57の厚みh4は絶縁体基板56の厚みh3と同等以上である。 The insulating layer 52 facing the first portion 61 of the patch conductor 60 and the portion formed by the conductor pattern 58 is composed of an insulating substrate 56. The insulating layer 52 facing the second portion 22 and third portion 23 of the patch conductor 60 is composed of an insulating substrate 56 and an air layer 57. The air layer 57 is an example of a "second insulating layer" in the present invention. The thickness h4 of the air layer 57 is equal to or greater than the thickness h3 of the insulating substrate 56.
なお、絶縁層52は、空気層57に代えて、絶縁体材料で形成された層を有してもよい。 In addition, the insulating layer 52 may have a layer made of an insulating material instead of the air layer 57.
使用周波数帯がマイクロ波帯のような高周波数帯である場合、分布定数フィルタの導体パターンが微細となるため、その導体パターンをパッチ導体に一体的に形成することが困難となる。第3実施形態によれば、導体パターン58は絶縁体基板56上に形成される。このため、エッチング技術によって導体パターン58を微細に形成できる。それ故、使用周波数帯が高周波数帯である場合でも、分布定数フィルタ53を容易に制作できる。 When the frequency band used is a high frequency band such as the microwave band, the conductor pattern of the distributed constant filter becomes very fine, making it difficult to form the conductor pattern integrally with the patch conductor. According to the third embodiment, the conductor pattern 58 is formed on an insulating substrate 56. This allows the conductor pattern 58 to be formed very finely using etching techniques. Therefore, the distributed constant filter 53 can be easily manufactured even when the frequency band used is a high frequency band.
また、放射素子として働く第2部分22及び第3部分23の形成された箇所おいて、絶縁層52は絶縁体基板56及び絶縁体基板56と同等以上の厚みの空気層のような絶縁層から構成される。このため、分布定数フィルタ53の導体パターンを絶縁体基板56に形成しても、放射素子として働く第2部分22及び第3部分23の放射効率を高く設定できる。 In addition, where the second portion 22 and the third portion 23, which act as radiating elements, are formed, the insulating layer 52 is composed of an insulating substrate 56 and an insulating layer, such as an air layer, that is equal to or thicker than the insulating substrate 56. Therefore, even if the conductor pattern of the distributed constant filter 53 is formed on the insulating substrate 56, the radiation efficiency of the second portion 22 and the third portion 23, which act as radiating elements, can be set high.
従って、使用周波数帯が高周波数帯である場合でも、優れたフィルタ機能を有するマイクロストリップアンテナを実現できる。 This makes it possible to realize a microstrip antenna with excellent filtering functionality, even when the frequency band used is a high frequency band.
また、パッチ導体60は半田付け等によって導体パターン58に固定される。このため、スペーサのようなパッチ導体60の保持構造は不要である。 In addition, the patch conductor 60 is fixed to the conductor pattern 58 by soldering or the like. Therefore, a holding structure for the patch conductor 60, such as a spacer, is not required.
10,30,50…マイクロストリップアンテナ
11…接地導体
12,32,52…絶縁層
13,53…分布定数フィルタ
14…給電ピン
15…給電点
20,40,60…パッチ導体
21,61…第1部分
22…第2部分
23…第3部分
24…スタブ
25,26…スリット
56…絶縁体基板
57…空気層
58…導体パターン
10, 30, 50... Microstrip antenna 11... Ground conductor 12, 32, 52... Insulating layer 13, 53... Distributed constant filter 14... Feed pin 15... Feed point 20, 40, 60... Patch conductor 21, 61... First portion 22... Second portion 23... Third portion 24... Stub 25, 26... Slit 56... Insulating substrate 57... Air layer 58... Conductor pattern
Claims (8)
前記接地導体に対向し、第1部分、第2部分、及び第3部分を有するパッチ導体と、
前記接地導体と前記パッチ導体の間に形成された第1絶縁層と、
前記第1部分に接続され、第1導体パターンで形成された分布定数フィルタと、を備え、
前記第1部分は前記第2部分と前記第3部分の間を延伸するように形成され、
前記第1部分の延伸方向に垂直な方向において、前記第1部分は前記第2部分及び前記第3部分より短く、
前記第1部分の延伸方向における前記第1部分の長さは実質的にλg 1 /2に等しく、λg 1 は、基本波が前記第1部分を前記第1部分の延伸方向に伝搬する場合の前記基本波の実効波長であり、
前記分布定数フィルタは、前記第1部分を前記第1部分の延伸方向に伝搬する前記基本波を通過させ、前記第1部分を前記第1部分の延伸方向に伝搬する不要波を減衰させる、マイクロストリップアンテナ。 a ground conductor;
a patch conductor facing the ground conductor and having a first portion, a second portion, and a third portion;
a first insulating layer formed between the ground conductor and the patch conductor;
a distributed constant filter connected to the first portion and formed by a first conductor pattern,
the first portion is configured to extend between the second portion and the third portion;
the first portion is shorter than the second portion and the third portion in a direction perpendicular to the extension direction of the first portion;
a length of the first portion in the extension direction of the first portion is substantially equal to λg 1 /2, λg 1 being an effective wavelength of the fundamental wave when the fundamental wave propagates through the first portion in the extension direction of the first portion;
A microstrip antenna, wherein the distributed constant filter passes the fundamental wave propagating through the first portion in the extension direction of the first portion and attenuates unwanted waves propagating through the first portion in the extension direction of the first portion.
前記絶縁体基板に形成され、前記第1導体パターンの少なくとも一部を含む第2導体パターンと、を備え、
前記接地導体は前記絶縁体基板の一方面に形成され、前記第2導体パターンは前記絶縁体基板の他方面に形成され、
前記第1部分は前記第2導体パターン上に配置され、
前記第2部分及び前記第3部分に面する前記第1絶縁層は、前記絶縁体基板及び前記絶縁体基板と同等以上の厚みの第2絶縁層から構成される、請求項1から4の何れかに記載のマイクロストリップアンテナ。 an insulating substrate;
a second conductor pattern formed on the insulating substrate and including at least a portion of the first conductor pattern;
the ground conductor is formed on one surface of the insulating substrate, and the second conductor pattern is formed on the other surface of the insulating substrate;
the first portion is disposed on the second conductor pattern;
5. The microstrip antenna according to claim 1, wherein the first insulating layer facing the second portion and the third portion is composed of the insulating substrate and a second insulating layer having a thickness equal to or greater than that of the insulating substrate.
前記第2部分及び前記第3部分は長方形の形状を有し、前記長方形は、前記第1方向に平行な2辺と、前記第1方向に垂直な第2方向に平行な2辺とを有し、the second portion and the third portion have a rectangular shape, and the rectangle has two sides parallel to the first direction and two sides parallel to a second direction perpendicular to the first direction;
前記第1方向における前記第2部分の長さは実質的にλgThe length of the second portion in the first direction is substantially λg 22 /2に等しく、λg/2, and λg 22 は、前記基本波が前記第2部分を前記第1方向に伝搬する場合の前記基本波の実効波長であり、is the effective wavelength of the fundamental wave when the fundamental wave propagates through the second portion in the first direction,
前記第1方向における前記第3部分の長さは実質的にλgThe length of the third portion in the first direction is substantially λg 33 /2に等しく、λg/2, and λg 33 は、前記基本波が前記第3部分を前記第1方向に伝搬する場合の前記基本波の実効波長である、請求項1から6の何れかに記載のマイクロストリップアンテナ。7. The microstrip antenna according to claim 1, wherein λ is an effective wavelength of the fundamental wave when the fundamental wave propagates through the third portion in the first direction.
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013021688A (en) | 2011-06-29 | 2013-01-31 | Thomson Licensing | High rejection band-stop filter and diplexer using such filters |
| WO2014097846A1 (en) | 2012-12-20 | 2014-06-26 | 株式会社村田製作所 | Multiband antenna |
| US20210119342A1 (en) | 2019-10-21 | 2021-04-22 | City University Of Hong Kong | Filter-antenna and method for making the same |
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