特許 7303859 広帯域直線偏波アンテナ構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-27

(45)【発行日】2023-07-05

(54)【発明の名称】広帯域直線偏波アンテナ構造

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20230628BHJP

   H01Q 5/378 20150101ALI20230628BHJP

   H01Q 5/35 20150101ALI20230628BHJP

   H01Q 21/24 20060101ALI20230628BHJP

   H01Q 5/385 20150101ALI20230628BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/08

H01Q5/378

H01Q5/35

H01Q21/24

H01Q5/385

【請求項の数】 19

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2021181712

(22)【出願日】2021-11-08

(65)【公開番号】P2022080856

(43)【公開日】2022-05-30

【審査請求日】2021-11-08

(31)【優先権主張番号】63/115,570

(32)【優先日】2020-11-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】110111571

(32)【優先日】2021-03-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(73)【特許権者】

【識別番号】520307104

【氏名又は名称】稜研科技股▲ふん▼有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＴＭＹ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】100081961

【弁理士】

【氏名又は名称】木内 光春

(74)【代理人】

【識別番号】100112564

【弁理士】

【氏名又は名称】大熊 考一

(74)【代理人】

【識別番号】100163500

【弁理士】

【氏名又は名称】片桐 貞典

(74)【代理人】

【識別番号】230115598

【弁護士】

【氏名又は名称】木内 加奈子

(72)【発明者】

【氏名】戴 揚

(72)【発明者】

【氏名】郭 瞬仲

(72)【発明者】

【氏名】蔡 文才

(72)【発明者】

【氏名】蕭 安廷

(72)【発明者】

【氏名】陳 為暘

(72)【発明者】

【氏名】▲ウー▼ 俊緯

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－３０９４２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ ５／００－ ５／５５

Ｈ０１Ｑ １３／０８

Ｈ０１Ｑ ２１／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの貫通孔を備える基準導電層と、
第１のパッチアンテナと、
第２のパッチアンテナと、
少なくとも１つの貫通孔を通って前記基準導電層を貫通し、前記第１のパッチアンテナに結合される、少なくとも１つの給電部と、
を備え、
第１の短ピンが前記基準導電層と前記第１のパッチアンテナとの間に結合され、
第２の短ピンが前記第１のパッチアンテナと前記第２のパッチアンテナとの間に結合され、
前記第１の短ピンは、複数の第１の短ピンを含み、前記第１の短ピン間の距離は、距離閾値未満であり、
前記第２の短ピンは、複数の第２の短ピンを含み、前記第２の短ピン間の距離は、距離閾値未満である、
広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項2】

前記第１のパッチアンテナ及び前記第２のパッチアンテナは、互いに平行である、請求項１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項3】

前記基準導電層は、前記第１のパッチアンテナと平行である、請求項２の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項4】

前記第１の短ピン及び前記第２の短ピンは、前記第１のパッチアンテナに対して垂直である、請求項２の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項5】

前記第１の短ピンは、前記第１のパッチアンテナの仮想地面に接続され、
前記第２の短ピンは、前記第２のパッチアンテナの仮想地面に接続される、
請求項１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項6】

前記少なくとも１つの給電部は、第１の給電部及び第２の給電部を含み、
前記少なくとも１つの貫通孔は、前記第１の給電部及び前記第２の給電部にそれぞれ対応する第１の貫通孔及び第２の貫通孔を含み、
前記第１の給電部は、前記第１の貫通孔を通って前記基準導電層を貫通し、前記第１のパッチアンテナに結合され、
前記第２の給電部は、前記第２の貫通孔を通って前記基準導電層を貫通し、前記第１のパッチアンテナに結合され、
前記第１の給電部及び前記第２の給電部は、それぞれ、第１の給電信号及び第２の給電信号を受信する、
請求項１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項7】

前記第１の給電信号は、前記第２の給電信号に直交する、請求項６の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項8】

前記第１の短ピンは、前記第２の短ピンと整列する、請求項６の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項9】

前記少なくとも１つの給電部は、１つの給電部を含み、
前記少なくとも１つの貫通孔は、１つの貫通孔を含み、
前記１つの給電部は、前記１つの貫通孔を通って前記基準導電層を貫通し、前記第１のパッチアンテナに結合され、
前記１つの給電部は、１つの給電信号を受信する、
請求項１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項10】

前記第１のパッチアンテナ及び前記第２のパッチアンテナは、完全なパッチ金属表面を有する、請求項１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項11】

前記第１のパッチアンテナは、前記基準導電層と前記第２のパッチアンテナとの間に配置される、請求項１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項12】

第３のパッチアンテナをさらに備え、
前記第２のパッチアンテナは、前記第１のパッチアンテナと前記第３のパッチアンテナとの間に配置され、
第３の短ピンが前記第２のパッチアンテナと前記第３のパッチアンテナとの間に接続される、
請求項１１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項13】

前記第１のパッチアンテナ及び前記第２のパッチアンテナは、円形構造又は多角形構造を有する、請求項１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項14】

前記第１の短ピンの数は、前記第２の短ピンの数とは異なる、請求項１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項15】

前記第１の短ピンの数は、前記第２の短ピンの数と同じである、請求項１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項16】

前記第１のパッチアンテナのサイズは、前記第１のパッチアンテナの第１の共鳴周波数に対応し、
前記２のパッチアンテナのサイズは、前記第２のパッチアンテナの第２の共鳴周波数に対応する、
請求項１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項17】

前記少なくとも１つの給電部は、マイクロストリップライン又は同軸給電線路であり、前記第１のパッチアンテナに対して垂直である、請求項１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項18】

前記基準導電層と前記第１のパッチアンテナとの間の距離は、第１の距離であり、
前記第１のパッチアンテナと前記第２のパッチアンテナとの間の距離は、第２の距離であり、
前記第１の距離は、第２の距離と等しい、
請求項１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【請求項19】

前記基準導電層と前記第１のパッチアンテナとの間の距離は、第１の距離であり、
前記第１のパッチアンテナと前記第２のパッチアンテナとの間の距離は、第２の距離であり、
前記第１の距離は、第２の距離と異なる、
請求項１の広帯域直線偏波アンテナ構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、アンテナ構造に関し、具体的には、広帯域直線偏波アンテナ構造に関する。

【背景技術】

【0002】

科学技術の進歩に伴い、二重偏波アレイ送受信システムが第５世代（以下、５Ｇと称する）通信システムに代わる次世代のための主要技術となった。二重偏波アンテナは、垂直偏波アンテナ及び水平偏波アンテナの２つを同じ構造に一体化したものであり、パワーアンプとアンテナとの間の配線の複雑さを減らし、エネルギー損失を減少させ、モジュールの面積を小さくする。さらに、二重偏波アンテナが（完全な振幅位相制御機能を備える位相制御チップ等の）バックエンドアクティブシステムの制御と組み合わされた場合、単一偏波、二重偏波、円偏波等の機能間での切り替えが可能になる、又は通信システムの容量及び周波数利用を、帯域幅を増加させずに指数関数的に増加させることが可能になるため、ミリ波信号の領域及び範囲を向上させることができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

近年、回路面積を減らし、放熱を向上させるために、二重偏波アンテナアレイが開発されており、二重偏波アンテナアレイは、マルチポート位相制御チップモジュールと一体化されることで垂直偏波送受信機及び水平偏波送受信機が１つのアレイアンテナを共用可能にし、ミリ波信号の領域及び範囲を向上させる。

【0004】

パッチアンテナは、単純な構造、単一偏波、一方向垂直放射等の利点を有するため、今日のラインアレイ技術においてよく使用されるアンテナである。パッチアンテナはインピーダンス帯域幅においてよく機能しないため、当業者は、放射器の形状を変更することでより広範囲の周波数応答を実現しようとしたが、主モードの放射特性を維持することができなかった。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、上記の技術的課題を解決できるように構成される広帯域直線偏波アンテナ構造を提供する。

【発明の効果】

【0006】

本開示は、基準導電層と、第１のパッチアンテナと、第２のパッチアンテナと、給電部と、を備える。基準導電層は、少なくとも１つの貫通孔を備える。少なくとも１つの第１の短ピンが、基準導電層と第１のパッチアンテナとの間に接続され、少なくとも１つの第２の短ピンが、第１のパッチアンテナと第２のパッチアンテナとの間に接続される。各給電部は、少なくとも１つの貫通孔を通って基準導電層を貫通し、第１のパッチアンテナに結合される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、本開示の実施形態に係る、広帯域直線偏波アンテナ構造の概略図である。

【0008】

【図2】図２は、図１の広帯域直線偏波アンテナ構造の反射損失（ＲＬ’又は_{Ｓ１１，ＤＢ}）図である。

【0009】

【図3A】図３Ａは、従来のアンテナ構造の反射損失（ＲＬ’又は_{Ｓ１１，ＤＢ}）図である。

【0010】

【図3B】図３Ｂは、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造の反射損失（ＲＬ’又は_{Ｓ１１，ＤＢ}）図である。

【0011】

【図4】図４は、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造のアンテナゲインの概略図である。

【0012】

【図5A】図５Ａは、従来のアンテナ構造のアンテナゲインの概略図である。

【0013】

【図5B】図５Ｂは、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造のアンテナゲインの概略図である。

【0014】

【図6】図６は、図１の放射フィールドパターンの概略図である。

【0015】

【図7A】図７Ａは、従来のアンテナ構造の放射フィールドパターンの概略図である。

【0016】

【図7B】図７Ｂは、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造の放射フィールドパターンの概略図である。

【0017】

【図8A】図８Ａは、本開示の別の実施形態に係る、広帯域直線偏波アンテナ構造の概略図である。

【0018】

【図8B】図８Ｂは、視点Ａの角度からの図８Ａの側面図である。

【0019】

【図8C】図８Ｃは、視点Ｂの角度からの図８Ａの側面図である。

【0020】

【図8D】図８Ｄは、図８Ａの上面図である。

【0021】

【図9】図９Ａ及び９Ｂは、図８Ａに係る複数の広帯域直線偏波アンテナ構造概略図である。

【0022】

【図10】図１０は、本開示の実施形態に係る、広帯域直線偏波アンテナ多層構造の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

図１を参照すると、図１は、本開示の実施形態に係る、広帯域直線偏波アンテナ構造の概略図である。図１において、広帯域直線偏波アンテナ構造１００は、基準導電層１０２と、第１のパッチアンテナＡ１と、第２のパッチアンテナＡ２と、給電部Ｆ１及びＦ２と、を備える。１つに実施形態において、広帯域直線偏波アンテナ構造１００は、さらに、基板１０１を備え、基準導電層１０２、第１のパッチアンテナＡ１、第２のパッチアンテナＡ２、並びに給電部Ｆ１及びＦ２は、基板１０１上に配置されてよいが、本開示はこれに限定されない。いくつかの実施形態において、基準導電層１０２は、基準電圧を供給する基準電圧源に接続される層であってよい。基準電圧が０Ｖである実施形態において、基準導電層１０２は地面層と理解されるが、本開示はこれに限定されない。

【0024】

図１に示されるように、基準導電層１０２は、貫通孔Ｈ１及びＨ２を備える。貫通孔Ｈ１及びＨ２は、それぞれ、給電部Ｆ１及びＦ２に対応してよい。１つの実施形態において、給電部Ｆ１は、貫通孔Ｈ１を通って基準導電層１０２を貫通し、第１のパッチアンテナＡ１に結合されてよい。また、給電部Ｆ２は、貫通孔Ｈ２を通って基準導電層１０２を貫通し、第１のパッチアンテナＡ１に結合されてよい。

【0025】

１つの実施形態において、給電部Ｆ１及びＦ２は、それぞれ、第１の給電信号及び第２の給電信号を受信してよく、第１の給電信号は、第２の給電信号に直交してよい。例えば、第１の給電信号は水平偏波信号であり、第２の給電信号は垂直偏波信号であるが、本開示はこれに限定されない。異なる実施形態において、給電部Ｆ１及びＦ２は、マイクロストリップライン又は同軸給電線路を含んでよい。マイクロストリップラインの構造は単純であり、同軸給電線路は、線路放射を抑制し得る。この場合、ビームフォーミングチップモジュールと組み合わされることで、広帯域直線偏波アンテナ構造１００は、単一偏波、二重偏波、円偏波等の機能を有し得る。いくつかの実施形態において、給電部Ｆ１及びＦ２は、第１のパッチアンテナＡ１に対して、垂直、水平、又は斜めに結合されてよいが、本開示はこれに限定されない。

【0026】

図１において、第１の短ピンＳ１は、基準導電層１０２と第１のパッチアンテナＡ１との間に接続され、第２の短ピンＳ２は、第１のパッチアンテナＡ１と第２のパッチアンテナＡ２との間に接続される。

【0027】

１つの実施形態において、第１のパッチアンテナＡ１及び第２のパッチアンテナＡ２は、互いに平行であってよく、基準導電層１０２は、第１のパッチアンテナＡ１と平行であってよい。換言すれば、第１のパッチアンテナＡ１、第２のパッチアンテナＡ２、及び基準導電層１０２は、互いに平行であるが、本開示はこれに限定されない。また、第１のパッチアンテナＡ１は、基準導電層１０２と第２のパッチアンテナＡ２との間に配置されてよいが、本開示はこれに限定されない。

【0028】

さらに、第１の短ピンＳ１及び第２の短ピンＳ２は、第１のパッチアンテナＡ１に対して垂直であってよい。換言すれば、第１の短ピンＳ１及び第２の短ピンＳ２は、第２のパッチアンテナＡ２及び基準導電層１０２に対しても垂直であることが理解されるが、本開示はこれに限定されない。

【0029】

さらに、図１において第１の短ピンＳ１は１つのみ示されているが、いくつかの実施形態において、複数の短ピンＳ１が基準導電層１０２と第１のパッチアンテナＡ１との間に接続されてよく、第１の短ピンＳ１間の距離は、距離閾値未満であってよい。同様に、図１において第２の短ピンＳ１は１つのみ示されているが、いくつかの実施形態において、複数の第２の短ピンＳ２が第１のパッチアンテナＡ１と第２のパッチアンテナＡ２との間に接続されてよく、第２の短ピンＳ２間の距離は、距離閾値未満であってよいが、本開示はこれに限定されない。

【0030】

異なる実施形態において、第１の短ピンＳ１は、第１のパッチアンテナＡ１の任意の位置に接続されてよい。好適な実施形態において、第１の短ピンＳ１は、第１のパッチアンテナＡ１の仮想地面に接続されてよい。同様に、第２の短ピンＳ２は、第２のパッチアンテナＡ２の任意の位置に接続されてよい。好適な実施形態において、第２の短ピンＳ２は、第２のパッチアンテナＡ２の仮想地面に接続されてよい。いくつかの実施形態において、第１の短ピンＳ１は、第２の短ピンＳ２と整列していてよいが、本開示はこれに限定されない。

【0031】

別の実施形態において、基準導電層１０２と第１のパッチアンテナＡ１との間に接続される第１の短ピンＳ１の数は、第１のパッチアンテナＡ１と第２のパッチアンテナＡ２との間に接続される第２の短ピンＳ２の数と同じであっても、異なっていてもよい。

【0032】

さらに、第１のパッチアンテナＡ１及び第２のパッチアンテナＡ２は、それぞれ、完全なパッチ金属表面を有し、第１のパッチアンテナＡ１及び第２のパッチアンテナＡ２の形状は、設計者の要求に応じて、円形構造又は多角形構造であってよい。また、第１のパッチアンテナＡ１及び第２のパッチアンテナＡ２のサイズは、それぞれ、要求される共鳴周波数に応じて調整されてもよい。すなわち、第１のパッチアンテナＡ１のサイズは、第１のパッチアンテナＡ１の第１の共鳴周波数に対応し、第２のパッチアンテナＡ２のサイズは、第２のパッチアンテナＡ２の第２の共鳴周波数に対応してよいが、本開示はこれに限定されない。

【0033】

いくつかの実施形態において、第１のパッチアンテナＡ１及び第２のパッチアンテナＡ２が励起すると、広帯域直線偏波アンテナ構造１００は、多重モード共鳴を生成して、広帯域応答を合成してよい。また、別の実施形態において、設計者は、第２のパッチアンテナＡ２上に別のパッチアンテナを重ねてより広い周波数応答を達成してよいが、本開示はこれに限定されない。

【0034】

いくつかの実施形態において、基準導電層１０２と第１のパッチアンテナＡ１との間には第１の距離Ｄ１があってよく、第１のパッチアンテナＡ１と第２のパッチアンテナＡ２とに間には第２の距離Ｄ２があってよく、第１の距離Ｄ１は、第２の距離Ｄ２と同じ又は異なっていてよい。

【0035】

いくつかの実施形態において、第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２は、プリント回路基盤（ＰＣＢの）サイズの要求に応じて調整されてよい。第１の距離Ｄ１及び第２の距離Ｄ２を長くすることにより、アンテナのインピーダンス帯域幅及び放射効率を効果的に増加させることができるが、本開示はこれに限定されない。

【0036】

本開示の実施形態において、第１の短ピンＳ１及び第２の短ピンＳ２を設けることにより、広帯域直線偏波アンテナ構造１００のインピーダンスを効果的に調整することができ、それにより、広帯域直線偏波アンテナ構造１００は、二重偏波動作を実行可能となる。また、第１のパッチアンテナＡ１及び第２のパッチアンテナＡ２は完全なパッチ金属表面を有するため、広帯域直線偏波放射特性は維持され、今日の二重偏波アレイ送受信システムにとってとても実用的である。

【0037】

図２を参照すると、図２は、図１の広帯域直線偏波アンテナ構造の反射損失（ＲＬ’又は_{Ｓ１１，ｄＢ}）図である。本開示の実施形態において、考慮される反射損失は、入力電力に対する反射電力の比であり、ＲＬ’又は_{Ｓ１１，ｄＢ}として知られる。この場合、本開示において説明される反射損失の符号は、マイナスである。例えば、図２において、曲線２０１及び２０２は、それぞれ、広帯域直線偏波アンテナ構造１００の水平偏波及び垂直偏波に対応する。図２から分かるように、曲線２０１及び２０２は、ほとんど同じ傾向を有し、これらの１０ｄＢ以下における周波数帯（インピーダンス整合状態を満たす周波数帯）は、２６．７７ＧＨｚ～３０．４５ＧＨｚである。本開示の高広帯域直線偏波アンテナ構造１００は、（約２５ＧＨｚ～３０ＧＨｚの用途周波数帯を有する）５Ｇミリ波システムにおける適用に適していることが分かるが、本開示はこれに限定されない。

【0038】

図３Ａ及び３Ｂを参照する。図３Ａは、従来のアンテナ構造の反射損失（ＲＬ’又は_{Ｓ１１，ｄＢ}）図であり、図３Ｂは、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造の反射損失（ＲＬ’又は_{Ｓ１１，ｄＢ}）図である。図３Ａから分かるように、従来のアンテナ構造の周波数応答はかなり狭く、５Ｇミリ波システムにおける使用に適していない。一方、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００は、第１のパッチアンテナＡ１及び第２のパッチアンテナＡ２の共鳴モードにより（約２０％～３０％の帯域幅パーセンテージの）広い周波数応答を合成することができるため、５Ｇミリ波システムにおける適用により適している。また、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００は、より多くのプロセス変動及びプロセスエラーに対して耐性がある。

【0039】

図４を参照すると、図４は、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造のアンテナゲインの概略図である。例えば、図４において、曲線４０１及び４０２は、それぞれ、広帯域直線偏波アンテナ構造１００の水平偏波及び垂直偏波に対応する。図４から分かるように、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００の水平偏波及び垂直偏波の両方が、広帯域ゲイン動作特性を有し得る。

【0040】

図５Ａ及び図５Ｂを参照する。図５Ａは、従来のアンテナ構造のアンテナゲインの概略図であり、図５Ｂは、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造のアンテナゲインの概略図である。図５Ａから分かるように、従来のアンテナ構造は、主モード以外の周波数帯においてより早く減衰するため、５Ｇミリ波システムにおける使用に適していない。一方、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００は、全ての動作帯域幅において要求されるゲインを維持することができるため、５Ｇミリ波システムにおける適用により適している。

【0041】

図６を参照すると、図６は、図１の放射フィールドパターンの概略図である。図６において、広帯域直線偏波アンテナ構造１００の中心周波数は、約２８ＧＨｚであると推測され、曲線６０１ａ及び６０１ｂは、それぞれ、第１の周波数（例えば、２７ＧＨｚ）に対応する水平偏波フィールドパターン及び垂直偏波フィールドパターンであり、曲線６０２ａ及び６０２ｂは、それぞれ、第２の周波数（例えば、２８ＧＨｚ）に対応する水平偏波フィールドパターン及び垂直偏波フィールドパターンであり、曲線６０３ａ及び６０３ｂは、それぞれ、第３の周波数（例えば、２９ＧＨｚ）に対応する水平偏波フィールドパターン及び垂直偏波フィールドパターンであり、曲線６０４ａ及び６０４ｂは、それぞれ、第４の周波数（例えば、３０ＧＨｚ）に対応する水平偏波フィールドパターン及び垂直偏波フィールドパターンである。

【0042】

図６から分かるように、周波数に関わらず、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００の２つの主な偏波の特性は、かなり近い。例えば、曲線６０１ａ及び６０１ｂの主ビーム幅は互いに近く、曲線６０２ａ及び６０２ｂの主ビーム幅は互いに近く、以下同様である。本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００が二重偏波アレイ送受信システムにおける適用に適していることが分かる。

【0043】

別の観点において、図６から分かるように、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００は、中心周波数（すなわち、２８ＧＨｚ）のみならず、他の周波数においても良好な放射フィールドパターンを有する。一方、従来のアンテナ構造は、中心周波数のみにおいて許容できる放射フィールドパターンを有し、他の周波数では良好な放射フィールドパターンは得られない。

【0044】

図７Ａ及び７Ｂを参照する。図７Ａは、従来のアンテナ構造の放射フィールドパターンの概略図であり、図７Ｂは、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造の放射フィールドパターンの概略図である。

【0045】

図７Ａにおいて、曲線７０１ａは、従来のアンテナ構造の垂直主偏波フィールドパターンであり、曲線７０２ａは、従来のアンテナ構造の水平主偏波フィールドパターンであり、曲線７０３ａは、従来のアンテナ構造の水平交差偏波フィールドパターンであり、曲線７０４ａは、従来のアンテナ構造の垂直交差偏波フィールドパターンである。また、図７Ｂにおいて、曲線７０１ｂは、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００の垂直主偏波フィールドパターンであり、曲線７０２ｂは、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００の水平主偏波フィールドパターンであり、曲線７０３ｂは、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００の水平交差偏波フィールドパターンであり、曲線７０４ｂは、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００の垂直交差偏波フィールドパターンである。

【0046】

図７から分かるように、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００の水平偏波フィールドパターン及び垂直偏波フィールドパターンは、同様のビーム幅を有し、各周波数は、主偏波フィールドパターン及び交差偏波フィールドパターンについて高いアイソレーションを保つ。本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００は広帯域直線偏波動作特性を有することが分かる。

【0047】

一方、図７Ａから分かるように、従来のアンテナ構造は、中心周波数においてのみ直線偏波放射フィールドパターンを維持可能であるが、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造１００は、広帯域直線偏波特性を維持可能である。

【0048】

図８Ａ乃至８Ｄを参照する。図８Ａは、本開示の別の実施形態に係る、広帯域直線偏波アンテナ構造の概略図であり、図８Ｂは、視点Ａの角度からの図８Ａの側面図であり、図８Ｃは、視点Ｂの角度からの図８Ａの側面図であり、図８Ｄは、図８Ａの上面図である。

【0049】

本実施形態において、広帯域直線偏波アンテナ構造８００は、基準導電層８０２と、第１のパッチアンテナＡ１と、第２のパッチアンテナＡ２と、給電部Ｆと、を備える。１つに実施形態において、広帯域直線偏波アンテナ構造８００は、さらに、基板８０１を備え、基準導電層８０２、第１のパッチアンテナＡ１、第２のパッチアンテナＡ２、並びに給電部Ｆは、基板８０１上に配置されてよいが、本開示はこれに限定されない。いくつかの実施形態において、基準導電層８０２は、基準電圧を供給する基準電圧源に接続される層であってよい。基準電圧が０Ｖである実施形態において、基準導電層８０２は地面層と理解されるが、本開示はこれに限定されない。

【0050】

図８Ａ乃至８Ｄに示されるように、基準導電層８０２は、貫通孔Ｈを備える。貫通孔Ｈは、給電部Ｆに対応してよい。１つの実施形態において、給電部Ｆは、貫通孔Ｈを通って基準導電層８０２を貫通し、第１のパッチアンテナＡ１に結合されてよい。

【0051】

１つの実施形態において、給電部Ｆは、給電信号を受信してよい。例えば、給電信号は、単一偏波給電信号である。異なる実施形態において、給電部Ｆは、マイクロストリップライン又は同軸給電線路を含んでよい。いくつかの実施形態において、給電部Ｆは、第１のパッチアンテナＡ１に対して、垂直、水平、又は斜めに結合されてよいが、本開示はこれに限定されない。

【0052】

図８Ａ乃至８Ｄにおいて、、第１の短ピンＳ１１及びＳ１２は、基準導電層８０２と第１のパッチアンテナＡ１との間に接続され、第２の短ピンＳ２１及びＳ２２は、第１のパッチアンテナＡ１と第２のパッチアンテナＡ２との間に接続される。

【0053】

１つの実施形態において、第１のパッチアンテナＡ１及び第２のパッチアンテナＡ２は、互いに平行であってよく、基準導電層８０２は、第１のパッチアンテナＡ１と平行であってよい。換言すれば、第１のパッチアンテナＡ１、第２のパッチアンテナＡ２、及び基準導電層８０２は、互いに平行であるが、本開示はこれに限定されない。また、第１のパッチアンテナＡ１は、基準導電層８０２と第２のパッチアンテナＡ２との間に配置されてよいが、本開示はこれに限定されない。

【0054】

さらに、第１の短ピンＳ１１及びＳ１２並びに第２の短ピンＳ２１及びＳ２２は、第１のパッチアンテナＡ１に対して垂直であってよい。換言すれば、第１の短ピンＳ１１及びＳ１２並びに第２の短ピンＳ２１及びＳ２２は、第２のパッチアンテナＡ２及び基準導電層８０２に対しても垂直であることが理解されるが、本開示はこれに限定されない。

【0055】

さらに、図８Ａにおいては第１の短ピンＳ１１及びＳ１２の２つのみが示されているが、いくつかの実施形態において、より多くの第１の短ピンが基準導電層８０２と第１のパッチアンテナＡ１との間に接続されてよい。同様に、図８Ａ乃至８Ｄにおいては第２の短ピンＳ２１及びＳ２２の２つのみが示されているが、いくつかの実施形態において、より多くの第２の短ピンが第１のパッチアンテナＡ１と第２のパッチアンテナＡ２との間に接続されてよいが、本開示はこれに限定されない。

【0056】

異なる実施形態において、第１の短ピンＳ１１及びＳ１２は、第１のパッチアンテナＡ１の任意の位置に接続されてよい。好適な実施形態において、第１の短ピンＳ１１及びＳ１２は、第１のパッチアンテナＡ１の仮想地面に接続されてよい。同様に、第２の短ピンＳ２１及びＳ２２は、第２のパッチアンテナＡ２の任意の位置に接続されてよい。好適な実施形態において、第２の短ピンＳ２１及びＳ２２は、第２のパッチアンテナＡ２の仮想地面に接続されてよい。

【0057】

別の実施形態において、基準導電層８０２と第１のパッチアンテナＡ１との間に接続される第１の短ピンＳ１１及びＳ１２の数は、第１のパッチアンテナＡ１と第２のパッチアンテナＡ２との間に接続される第２の短ピンＳ２１及びＳ２２の数と同じであっても、異なっていてもよい。

【0058】

さらに、第１のパッチアンテナＡ１及び第２のパッチアンテナＡ２は、それぞれ、完全なパッチ金属表面を有し、第１のパッチアンテナＡ１及び第２のパッチアンテナＡ２の形状は、設計者の要求に応じて、円形構造又は多角形構造であってよい。また、第１のパッチアンテナＡ１及び第２のパッチアンテナＡ２のサイズは、それぞれ、要求される共鳴周波数に応じて調整されてもよい。すなわち、第１のパッチアンテナＡ１のサイズは、第１のパッチアンテナＡ１の第１の共鳴周波数に対応し、第２のパッチアンテナＡ２のサイズは、第２のパッチアンテナＡ２の第２の共鳴周波数に対応してよいが、本開示はこれに限定されない。

【0059】

いくつかの実施形態において、第１のパッチアンテナＡ１及び第２のパッチアンテナＡ２が励起すると、広帯域直線偏波アンテナ構造８００は、多重モード共鳴を生成して、広帯域応答を合成してよい。また、別の実施形態において、設計者は、第２のパッチアンテナＡ２上に別のパッチアンテナを重ねてより広い周波数応答を達成してよいが、本開示はこれに限定されない。

【0060】

図９Ａ及び９Ｂを参照すると、図９Ａ及び９Ｂは、図８Ａの複数の広帯域直線偏波アンテナ構造の概略図である。図９Ａにおいて、広帯域直線偏波アンテナ構造９０１の第１のパッチアンテナ９０１ａ及び第２のパッチアンテナ９０１ｂは、それぞれ、円形構造を有する。図９Ｂにおいて、広帯域直線偏波アンテナ構造９０２の第１のパッチアンテナ９０２ａ及び第２のパッチアンテナ９０２ｂは、それぞれ、多角形構造を有する。

【0061】

本実施形態において、広帯域直線偏波アンテナ構造９０１及び９０２の構造／動作方法は、パッチアンテナの形状が異なること以外、広帯域直線偏波アンテナ構造８００と同様であり、従って、その詳細は図８Ａ乃至８Ｄに関する説明を参照し、ここでは繰り返さない。

【0062】

図１０を参照すると、図１０は、本実施形態の実施形態に係る、広帯域直線偏波アンテナ多層構造の概略図である。図１０において、広帯域直線偏波アンテナ構造１０００は、基準導電層１００２と、第１のパッチアンテナＡ１と、第２のパッチアンテナＡ２と、第３のパッチアンテナＡ３と、給電部Ｆと、を備える。１つに実施形態において、広帯域直線偏波アンテナ構造１０００は、さらに、基板１００１を備え、基準導電層１００２、第１のパッチアンテナＡ１、第２のパッチアンテナＡ２、第３のパッチアンテナＡ３、並びに給電部Ｆは、基板１００１上に配置されてよいが、本開示はこれに限定されない。いくつかの実施形態において、基準導電層１００２は、基準電圧を供給する基準電圧源に接続される層であってよい。基準電圧が０Ｖである実施形態において、基準導電層１００２は地面層と理解されるが、本開示はこれに限定されない。

【0063】

図１０に示されるように、基準導電層１００２は、貫通孔Ｈを備える。貫通孔Ｈは、それぞれ、給電部Ｆに対応してよい。１つの実施形態において、給電部Ｆは、貫通孔Ｈを通って基準導電層１００２を貫通し、第１のパッチアンテナＡ１に結合されてよい。

【0064】

１つの実施形態において、給電部Ｆは、給電信号を受信してよい。例えば、第１の給電信号は、単一偏波給電信号である。異なる実施形態において、給電部Ｆは、マイクロストリップライン又は同軸給電線路を含んでよい。いくつかの実施形態において、給電部Ｆは、第１のパッチアンテナＡ１に対して、垂直、水平、又は斜めに結合されてよいが、本開示はこれに限定されない。

【0065】

図１０において、第１の短ピンＳ１１及びＳ１２は、基準導電層１００２と第１のパッチアンテナＡ１との間に接続され、第２の短ピンＳ２１及びＳ２２は、第１のパッチアンテナＡ１と第２のパッチアンテナＡ２との間に接続され、第３の短ピンＳ３１及びＳ３２は、第２のパッチアンテナＡ２と第３のパッチアンテナＡ３との間に接続される。

【0066】

１つの実施形態において、第１のパッチアンテナＡ１、第２のパッチアンテナＡ２、及び第３のパッチアンテナＡ３は、互いに平行であってよく、基準導電層１００２は、第１のパッチアンテナＡ１と平行であってよい。換言すれば、第１のパッチアンテナＡ１、第２のパッチアンテナＡ２、第３のパッチアンテナＡ３、及び基準導電層１００２は、互いに平行であるが、本開示はこれに限定されない。また、第１のパッチアンテナＡ１は、基準導電層１０２と第２のパッチアンテナＡ２との間に配置されてよく、第２のパッチアンテナＡ２は、第１のパッチアンテナＡ１と第３のパッチアンテナＡ３との間に接続されてよいが、本開示はこれに限定されない。

【0067】

さらに、第１の短ピンＳ１１及びＳ１２、第２の短ピンＳ２１及びＳ２２、並びに第３の短ピンＳ３１及び３２は、第１のパッチアンテナＡ１に対して垂直であってよい。換言すれば、第１の短ピンＳ１１及びＳ１２、第２の短ピンＳ２１及びＳ２２、並びに第３の短ピンＳ３１及び３２は、第２のパッチアンテナＡ２、第３のパッチアンテナＡ３、及び基準導電層１００２に対しても垂直であることが理解されるが、本開示はこれに限定されない。

【0068】

さらに、図１０においては第１の短ピンＳ１１及びＳ１２の２つのみが示されているが、いくつかの実施形態において、より多くの第１の短ピンが基準導電層１００２と第１のパッチアンテナＡ１との間に接続されてよい。同様に、図１０においては第２の短ピンＳ２１及びＳ２２の２つのみが示されているが、いくつかの実施形態において、より多くの第２の短ピンが第１のパッチアンテナＡ１と第２のパッチアンテナＡ２との間に接続されてよいが、本開示はこれに限定されない。同様に、図１０においては第３の短ピンＳ３１及びＳ３２の２つのみが示されているが、いくつかの実施形態において、より多くの第３の短ピンが第２のパッチアンテナＡ２と第３のパッチアンテナＡ３との間に接続されてよいが、本開示はこれに限定されない。

【0069】

異なる実施形態において、第１の短ピンＳ１１及びＳ１２は、第１のパッチアンテナＡ１の任意の位置に接続されてよい。好適な実施形態において、第１の短ピンＳ１１及びＳ１２は、第１のパッチアンテナＡ１の仮想地面に接続されてよい。同様に、第２の短ピンＳ２１及びＳ２２は、第２のパッチアンテナＡ２の任意の位置に接続されてよい。好適な実施形態において、第２の短ピンＳ２１及びＳ２２は、第２のパッチアンテナＡ２の仮想地面に接続されてよい。さらに、第３の短ピンＳ３１及びＳ３２は、第３のパッチアンテナＡ３の任意の位置に接続されてよい。好適な実施形態において、第３の短ピンＳ３１及びＳ３２は、第３のパッチアンテナＡ３の仮想地面に接続されてよい。

【0070】

別の実施形態において、基準導電層１００２と第１のパッチアンテナＡ１との間に接続される第１の短ピンＳ１１及びＳ１２の数は、第１のパッチアンテナＡ１と第２のパッチアンテナＡ２との間に接続される第２の短ピンＳ２１及びＳ２２の数と同じであっても、異なっていてもよい。また、第２のパッチアンテナＡ２と第３のパッチアンテナＡ３との間に接続される第３の短ピンＳ３１及びＳ３２の数は、第１のパッチアンテナＡ１と第２のパッチアンテナＡ２との間に接続される第２の短ピンＳ２１及びＳ２２の数と同じであっても、異なっていてもよい。

【0071】

さらに、第１のパッチアンテナＡ１、第２のパッチアンテナＡ２、及び第３のパッチアンテナＡ３は、それぞれ、完全なパッチ金属表面を有し、第１のパッチアンテナＡ１、第２のパッチアンテナＡ２、及び第３のパッチアンテナＡ３の形状は、設計者の要求に応じて、円形構造又は多角形構造であってよい。また、第１のパッチアンテナＡ１、第２のパッチアンテナＡ２、及び第３のパッチアンテナＡ３のサイズは、それぞれ、要求される共鳴周波数に応じて調整されてもよい。すなわち、第１のパッチアンテナＡ１のサイズは、第１のパッチアンテナＡ１の第１の共鳴周波数に対応し、第２のパッチアンテナＡ２のサイズは、第２のパッチアンテナＡ２の第２の共鳴周波数に対応し、第３のパッチアンテナＡ３のサイズは、第３のパッチアンテナＡ２の第３の共鳴周波数に対応してよいが、本開示はこれに限定されない。

【0072】

いくつかの実施形態において、第１のパッチアンテナＡ１、第２のパッチアンテナＡ２、及び第３のパッチアンテナＡ３が励起すると、広帯域直線偏波アンテナ構造１０００は、多重モード共鳴を生成して、広帯域応答を合成してよい。また、別の実施形態において、設計者は、第３のパッチアンテナＡ３上に別のパッチアンテナを重ねてより広い周波数応答を達成してよいが、本開示はこれに限定されない。

【0073】

総括すると、異なるパッチアンテナの間に１つ以上の短ピンを配置することにより本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造のインピーダンスを効果的に調整可能であるため、広帯域直線偏波アンテナ構造の広帯域動作を実現することができる。さらに、本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造がそれぞれ完全なパッチ金属表面を有するため、広帯域直線偏波放射特性が維持され、今日の二重偏波アレイ送受信システムにとってとても実用的である。

【産業上の利用可能性】

【0074】

本開示の広帯域直線偏波アンテナ構造は、二重偏波アレイ送受信システムに適用可能である。

【符号の説明】

【0075】

１００、８００、９０１、９０２、１０００ 広帯域直線偏波アンテナ構造
１０１、１００１ 基板
１０２、、８０２、１００２ 基準導電層
２０１、２０２、４０１、４０２、６０１ａ、６０１ｂ、６０２ａ、６０２ｂ、６０３ａ、６０３ｂ、６０４ａ、６０４ｂ、７０１ａ、７０１ｂ、７０２ａ、７０２ｂ、７０３ａ、７０３ｂ、７０４ａ、７０４ｂ 曲線
Ａ１、９０１ａ、９０１ａ 第１のパッチアンテナ
Ａ２、９０１ｂ、９０２ｂ 第２のパッチアンテナ
Ａ３ 第３のパッチアンテナ
Ｄ１ 第１の距離
Ｄ２ 第２の距離
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ 給電部
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ 貫通孔
Ｓ１、Ｓ１１、Ｓ１２ 第１の短ピン
Ｓ２、Ｓ２１、Ｓ２２ 第２の短ピン
Ｓ３１、Ｓ３２ 第３の短ピン

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図9A】

【図9B】

【図10】