JPH06204733A - Small sized antenna - Google Patents
Small sized antennaInfo
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- JPH06204733A JPH06204733A JP1586593A JP1586593A JPH06204733A JP H06204733 A JPH06204733 A JP H06204733A JP 1586593 A JP1586593 A JP 1586593A JP 1586593 A JP1586593 A JP 1586593A JP H06204733 A JPH06204733 A JP H06204733A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、パーソナル通信用の
基地局アンテナシステムや高指向性アレーアンテナの基
本アンテナモジュールなどに用いて好適な小形アンテナ
に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a small antenna suitable for use in a base station antenna system for personal communication, a basic antenna module of a highly directional array antenna, and the like.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、自動車,航空機,船舶などの移動
体からの通信を含めたパーソナル通信が大幅に普及しつ
つある。このため、高周波領域の通信帯域が不足し始め
ており、通信周波数の増加が図られている。一方、周波
数帯域の有効利用の観点から、パーソナル通信用基地局
エリアの微小化が進められており、基地局アンテナの増
加とともに、アンテナには小形化・高指向性化が要求さ
れている。すなわち、従来から使用されている1/2波
長アンテナを、より一層小形化したアンテナが求められ
ている。2. Description of the Related Art In recent years, personal communication including communication from mobile bodies such as automobiles, aircrafts, ships, etc. has been widely spread. For this reason, the communication band in the high frequency region has begun to run short, and the communication frequency is being increased. On the other hand, from the viewpoint of effective use of the frequency band, miniaturization of the personal communication base station area is being promoted, and as the number of base station antennas increases, miniaturization and higher directivity of the antennas are required. That is, there is a demand for an antenna that is a more compact version of the half-wavelength antenna that has been conventionally used.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】一般に、使用する周波
数帯域の波長の1/2の長さよりもアンテナの放射素子
長を短くして小形とすると、放射されるパワーは素子長
の二乗に比例して小さくなる。このため、アンテナを構
成する信号線の抵抗損失により、アンテナの利得は低下
する。また、これに伴い、放射素子の入力インピーダン
スの抵抗成分、すなわち入力抵抗は非常に小さくなり、
給電線とのインピーダンス整合が困難になる。さらに、
微小ダイポール、微小ループ等の非共振形放射素子で
は、入力インピーダンスのリアクタンス成分が抵抗成分
の数万から数十万倍になるため、インピーダンス整合が
より一層困難になる。そのため、小形アンテナの作成に
際しては、半波長ダイポールアンテナ等では必要のなか
った給電線とのインピーダンス整合が不可欠となり、微
小ダイポールのような非共振形のアンテナには、分布定
数線路によるスタブを給電線路に並列に接続する必要が
生じる。しかしながら、このようにすると、整合回路で
の損失等により、放射素子の低い効率とあいまって、ア
ンテナ全体での効率が10%以下程度と非常に低くな
る。これら効率低下やインピーダンス整合の難しさを解
決する手段として、高周波領域で通常の金属より表面抵
抗が低い、超伝導体を用いた自己共振形の放射素子によ
る小形アンテナが、例えば特開平4−216203号公
報に開示されている。しかしながら、放射素子に超伝導
体を使用した場合においても、放射素子の入力抵抗は給
電線と比較して非常に小さく、給電線とのインピーダン
ス整合回路が不可欠であり、整合回路によってアンテナ
全体の寸法が大きくなったり、整合回路自身や放射素子
と整合回路との接続点での抵抗損失が生じ、超伝導放射
素子の小形でかつ優れた特性を活かしきれないといった
問題が生じていた。以上説明したように、放射パワーの
小さい小形アンテナでは、放射素子の小さい入力抵抗の
ために給電線とのインピーダンス整合が不可欠となる
が、整合回路で損失が生じるため、元来効率の低い放射
素子とあいまって、その放射効率が非常に小さくなると
いう問題が生じる。また、通常の金属より損失の小さい
超伝導体による放射素子を用いても、放射素子と整合回
路との接続点での損失や、整合回路の寸法が問題とな
り、小形で高効率のアンテナを実現することができな
い。Generally, when the length of the radiating element of the antenna is made shorter than the length of 1/2 of the wavelength of the frequency band to be used to make the antenna small, the radiated power is proportional to the square of the element length. Becomes smaller. For this reason, the gain of the antenna is reduced due to the resistance loss of the signal line forming the antenna. Also, along with this, the resistance component of the input impedance of the radiating element, that is, the input resistance becomes extremely small,
Impedance matching with the power supply line becomes difficult. further,
In a non-resonant radiating element such as a micro dipole or a micro loop, the reactance component of the input impedance is tens of thousands to hundreds of thousands times that of the resistance component, which makes impedance matching even more difficult. Therefore, when creating a small antenna, impedance matching with the feed line, which was not necessary with a half-wavelength dipole antenna, etc., is indispensable.For a non-resonant antenna such as a small dipole, a stub with a distributed constant line is used. Will need to be connected in parallel. However, in this case, due to the loss in the matching circuit and the like, the efficiency of the entire antenna becomes extremely low, about 10% or less, together with the low efficiency of the radiating element. As means for solving these problems of efficiency reduction and impedance matching, a small antenna using a self-resonant radiating element using a superconductor, which has a surface resistance lower than that of a normal metal in a high frequency region, is disclosed in, for example, JP-A-4-216203. It is disclosed in the publication. However, even when a superconductor is used for the radiating element, the input resistance of the radiating element is much smaller than that of the feeding line, and an impedance matching circuit with the feeding line is indispensable. However, there is a problem that the size of the superconducting radiating element cannot be fully utilized due to resistance loss at the connection point between the matching circuit itself and the radiating element and the matching circuit. As described above, in a small antenna with a small radiation power, impedance matching with the feed line is indispensable due to the small input resistance of the radiation element, but since loss occurs in the matching circuit, a radiation element with a low efficiency is originally used. Combined with this, there arises a problem that the radiation efficiency becomes very small. Moreover, even if a radiating element made of a superconductor with less loss than ordinary metal is used, the loss at the connection point between the radiating element and the matching circuit and the size of the matching circuit pose problems, realizing a compact and highly efficient antenna. Can not do it.
【0004】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、その目的とするところは、給電線との
整合回路を必要としない高効率な小形アンテナを提供す
ることにある。The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly efficient small antenna which does not require a matching circuit with a feeder line.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明は、共振状態で使用する直線状半波長
ダイポール素子の長さよりも主偏波電界方向の長さが短
い放射素子に、使用する中心周波数において自己共振す
る構造を採用し、この放射素子を結合線路と非接触で励
振させるようにしたものである。In order to achieve such an object, the present invention provides a radiating element having a length in the main polarization electric field direction shorter than that of a linear half-wavelength dipole element used in a resonance state. In addition, a structure that self-resonates at the used center frequency is adopted, and this radiating element is excited without contact with the coupling line.
【0006】[0006]
【作用】したがってこの発明によれば、インピーダンス
整合回路を使用せずに、結合線路と放射素子との間の電
磁結合により、放射素子が励振させられる。Therefore, according to the present invention, the radiating element is excited by electromagnetic coupling between the coupling line and the radiating element without using an impedance matching circuit.
【0007】[0007]
【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。EXAMPLES The present invention will now be described in detail based on examples.
【0008】図1はこの発明の基本構成を示す図であ
る。同図において、1はメアンダ形状の自己共振形放射
素子(以下、単に放射素子と言う)、2は結合用伝送線
路(以下、結合線路と言う)、3は給電線であり、放射
素子1と結合線路2とは非接触で配置されている。結合
線路2の特性は、給電線3の特性インピーダンスや構
造、例えば平衡線路あるいは非平衡線路といったものに
のみ依存する。このため、結合線路2の構造も、使用す
る給電線3にのみ依存し、放射素子1の入力抵抗や共振
周波数とは一切関係がない。また、結合線路2は、ショ
ート、オープンあるいは任意の負荷の何れかで、終端さ
れた構造となっている。本実施例において、結合線路2
は、給電線3と同じ特性インピーダンスを有している。
また、放射素子1は、共振状態で使用する直線状半波長
ダイポール素子の長さよりも主偏波電界方向の長さL
(放射素子長)が短く、かつ使用する中心周波数におい
て自己共振する構造とされ、結合線路2との間の電磁結
合により励振させられる。FIG. 1 is a diagram showing the basic configuration of the present invention. In the figure, 1 is a meandering self-resonant radiating element (hereinafter simply referred to as radiating element), 2 is a coupling transmission line (hereinafter referred to as coupling line), 3 is a feeder line, and radiating element 1 The coupling line 2 is arranged in a non-contact manner. The characteristic of the coupled line 2 depends only on the characteristic impedance and structure of the feeder line 3, such as a balanced line or an unbalanced line. Therefore, the structure of the coupling line 2 also depends only on the power supply line 3 used, and has no relation to the input resistance or the resonance frequency of the radiating element 1. The coupled line 2 has a structure that is terminated by either a short circuit, an open circuit, or an arbitrary load. In this embodiment, the coupled line 2
Has the same characteristic impedance as the feeder line 3.
The length of the radiating element 1 in the main polarization electric field direction is longer than that of the linear half-wavelength dipole element used in the resonance state.
The structure has a short (radiating element length) and self-resonates at the used center frequency, and is excited by electromagnetic coupling with the coupling line 2.
【0009】このように構成された小形アンテナでは、
使用する周波数が放射素子の形状のみで決定されるた
め、異なった帯域のアンテナに対しても、同一形状の結
合線路が使用可能となる。したがって、結合線路の設計
に際には、従来の小形アンテナにおける整合回路のよう
な、異なった放射素子に対してそれぞれの特性に合った
設計をするといった手間が必要でなくなる。In the small antenna thus constructed,
Since the frequency to be used is determined only by the shape of the radiating element, it is possible to use the coupling line of the same shape for antennas of different bands. Therefore, when designing the coupling line, it is not necessary to design the radiating elements for different radiating elements according to their characteristics, such as a matching circuit in a conventional small antenna.
【0010】図2は、給電線3に同軸ケーブルを、結合
線路2にマイクロストリップ線路を用いた場合の結合部
の断面図である。図3は、給電線3に平行線路を、結合
線路2に平行平板線路を用いた場合の結合部の断面図で
ある。これらの図において、4は放射素子支持基板、5
はマイクロストリップラインの中心導体、6はマイクロ
ストリップラインのグランドプレーン、7はマイクロス
トリップラインの誘電体スペーサ、8は平行平板線路で
ある。これらの実施例においても、放射素子1と結合線
路2とは、非接触で配置されていることは言うまでもな
い。FIG. 2 is a cross-sectional view of a coupling portion when a coaxial cable is used for the power feed line 3 and a microstrip line is used for the coupling line 2. FIG. 3 is a cross-sectional view of a coupling portion when a parallel line is used for the power feed line 3 and a parallel plate line is used for the coupling line 2. In these figures, 4 is a radiating element support substrate, 5
Is a central conductor of the microstrip line, 6 is a ground plane of the microstrip line, 7 is a dielectric spacer of the microstrip line, and 8 is a parallel plate line. It goes without saying that the radiating element 1 and the coupling line 2 are also arranged in non-contact with each other in these embodiments.
【0011】図4に放射素子1として銅による600M
Hz帯域のメアンダ放射素子を用いたアンテナの動作利得
の実測値を示す。この放射素子は、590MHzでリアク
タンス分が零になるよう、すなわち自己共振するように
設計されており、放射素子長はλ/20に相当する。ア
ンテナの動作利得は590MHzで−6dBiを示し、1
7%の効率を実現している。銅などの通常の金属で小形
アンテナを作成した場合、従来の小形アンテナでは放射
素子で生じる抵抗損失に加え、整合回路でも大きな損失
が生じ、結果としてアンテナの効率は非常に低くなる。
一方、本実施例による小形アンテナでは、整合回路が存
在しないため、放射素子での損失が顕著になる銅を用い
た場合でも高い効率が得られ、また、整合回路が存在し
ない分だけ、アンテナ全体の寸法も小形にできる。In FIG. 4, 600M of copper is used as the radiating element 1.
The measured values of the operating gain of the antenna using the meander radiating element in the Hz band are shown. This radiating element is designed so that the reactance component becomes zero at 590 MHz, that is, self-resonating, and the radiating element length corresponds to λ / 20. The operating gain of the antenna is -6MHz at 590MHz, and 1
It has achieved an efficiency of 7%. When a small antenna is made of an ordinary metal such as copper, the conventional small antenna has a large loss in the matching circuit in addition to the resistance loss caused by the radiating element, resulting in a very low antenna efficiency.
On the other hand, in the small antenna according to the present embodiment, since there is no matching circuit, high efficiency can be obtained even when copper, which causes significant loss in the radiating element, is obtained. The size of can also be made small.
【0012】アンテナの効率を最善にするためには放射
素子1に超伝導膜を使用すればよい。図5に超伝導膜を
使用した放射素子長がλ/42の900MHz帯アンテナ
の動作利得の実測値を示す。この図では、比較のため
に、同じ超伝導放射素子を用い、コンデンサによって給
電線とのインピーダンス整合を行ったアンテナの特性も
併記してある。本実施例による超伝導アンテナの動作利
得は−1.5dBiであり、整合回路を用いた超伝導ア
ンテナより4dB高い動作利得を実現している。これ
は、整合回路を用いたアンテナでは、整合回路やその接
続点での抵抗損失によって、アンテナの効率が低下し、
超伝導放射素子の優れた特性を活かしきれていないのに
対し、本実施例による超伝導アンテナでは、整合回路が
存在しないため、超伝導放射素子の特性を十分に引き出
せることを示している。本実施例による超伝導アンテナ
の放射効率は50%と非常に高い。これらの結果は、導
電性材料に超伝導膜を用い最適化することで、より一層
効率の高い小形アンテナが実現できることを示してい
る。In order to maximize the efficiency of the antenna, a superconducting film may be used for the radiating element 1. FIG. 5 shows the actual measurement value of the operating gain of a 900 MHz band antenna with a radiating element length of λ / 42 using a superconducting film. For comparison, the figure also shows the characteristics of an antenna in which the same superconducting radiating element is used and impedance matching is performed with the feeder by a capacitor. The operating gain of the superconducting antenna according to the present embodiment is -1.5 dBi, which realizes an operating gain that is 4 dB higher than that of the superconducting antenna using the matching circuit. This is because in an antenna using a matching circuit, the efficiency of the antenna decreases due to resistance loss in the matching circuit and its connection point.
While the excellent characteristics of the superconducting radiating element have not been fully utilized, the superconducting antenna according to the present embodiment does not have a matching circuit, and therefore the characteristics of the superconducting radiating element can be sufficiently obtained. The radiation efficiency of the superconducting antenna according to the present embodiment is as high as 50%. These results indicate that a highly efficient small antenna can be realized by optimizing the superconducting film as the conductive material.
【0013】[0013]
【発明の効果】以上説明したことから明らかなように本
発明によれば、放射素子を結合線路と非接触で励振させ
るようにしたので、給電線との整合回路を必要とせず、
小形化を図ったうえ、高い効率を得ることができるよう
になる。As is apparent from the above description, according to the present invention, since the radiating element is excited without contact with the coupling line, a matching circuit with the feeder line is not required,
In addition to miniaturization, high efficiency can be obtained.
【図1】本発明の基本構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration of the present invention.
【図2】給電線および結合線路に同軸ケーブルおよびマ
イクロストリップ線路を用いた場合の結合部の断面図で
ある。FIG. 2 is a cross-sectional view of a coupling portion when a coaxial cable and a microstrip line are used for a power supply line and a coupling line.
【図3】給電線および結合線路に平行線路および平行平
板線路を用いた場合の結合部の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a coupling portion when a parallel line and a parallel plate line are used as a feeder line and a coupling line.
【図4】放射素子として銅による600MHz帯域のメア
ンダ放射素子を用いたアンテナの動作利得の実測値を示
す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing an actual measurement value of an operating gain of an antenna using a 600 MHz band meander radiating element made of copper as a radiating element.
【図5】超伝導膜を使用した放射素子長がλ/42の9
00MHz帯アンテナの動作利得の実測値を示す特性図で
ある。FIG. 5 is a radiating element using a superconducting film having a length of λ / 42 of 9
It is a characteristic view which shows the measured value of the operating gain of a 00 MHz band antenna.
1 自己共振形放射素子(放射素子) 2 結合用伝送線路(結合線路) 3 給電線 4 放射素子支持基板 5 マイクロストリップラインの中心導体 6 マイクロストリップラインのグランドプレーン 7 マイクロストリップラインの誘電体スペーサ 8 平行平板線路 1 Self-resonant type radiating element (radiating element) 2 Coupling transmission line (coupling line) 3 Feed line 4 Radiating element support substrate 5 Microstrip line center conductor 6 Microstrip line ground plane 7 Microstrip line dielectric spacer 8 Parallel plate track
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石井 修 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Osamu Ishii 1-1-6 Uchisaiwaicho, Chiyoda-ku, Tokyo Nihon Telegraph and Telephone Corporation
Claims (1)
ール素子の長さよりも主偏波電界方向の長さが短く、か
つ使用する中心周波数において自己共振し、結合線路と
非接触で励振される放射素子を備えたことを特徴とする
小形アンテナ。1. A length in the main polarization electric field direction is shorter than a length of a linear half-wave dipole element used in a resonance state, self-resonates at a used center frequency, and excited without contact with a coupling line. A small antenna equipped with a radiating element.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1586593A JPH06204733A (en) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | Small sized antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1586593A JPH06204733A (en) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | Small sized antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06204733A true JPH06204733A (en) | 1994-07-22 |
Family
ID=11900700
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1586593A Pending JPH06204733A (en) | 1993-01-06 | 1993-01-06 | Small sized antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06204733A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006126320A1 (en) * | 2005-03-18 | 2006-11-30 | Kyushu University, National University Corporation | Communication circuit, communication apparatus, impedance matching circuit and impedance matching circuit designing method |
-
1993
- 1993-01-06 JP JP1586593A patent/JPH06204733A/en active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006126320A1 (en) * | 2005-03-18 | 2006-11-30 | Kyushu University, National University Corporation | Communication circuit, communication apparatus, impedance matching circuit and impedance matching circuit designing method |
| US8106847B2 (en) | 2005-03-18 | 2012-01-31 | Kyushu University, National University Corporation | Communication circuit, communication apparatus, impedance matching circuit and impedance matching circuit designing method |
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