JP2000196342A

JP2000196342A - アンテナ

Info

Publication number: JP2000196342A
Application number: JP10373682A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Hori; 智堀
Original assignee: Kojima Press Industry Co Ltd
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】アンテナのインピーダンス調整を容易とす
る。【解決手段】誘電体の基板１０の一面側に対称に形成
された導体層のパターンより構成される平衡型アンテナ
部１２と、基板１０の他面側に形成され、給電点６２で
平衡型アンテナ部１２と接続された所定パターンの導体
層よりなるマイクロストリップライン２０とを備える。
マイクロストリップライン２０は、不平衡線路である同
軸ケーブル３０と平衡型アンテナ部１２との間で、不平
衡−平衡変換機能とインピーダンス変換機能を発揮す
る。このアンテナを車両ドアミラーなどに取り付けてア
ンテナ特性が変化した場合、ライン２０のライン幅など
を調整すれば、そのインピーダンスを調整でき確実なイ
ンピーダンス整合を行うことが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、アンテナの構
成、特に、平衡アンテナに不平衡線路によって給電する
アンテナの構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】移動体通信機器の使用が盛んになってお
り、例えばその一つとして車両に搭載されるラジオ、車
載テレビ、自動車電話器、あるいはナビゲーションシス
テムのためのＧＰＳ（Global Positioning System）装
置などが知られている。このような装置では、アンテナ
が必須であり、例えばダイポールアンテナに代表される
平衡型アンテナを用いることが考えられる。この平衡型
アンテナに不平衡の同軸ケーブルを用いて給電を行う場
合には、アンテナと同軸ケーブルとの間に例えば図６
（ａ）〜（ｄ）に示されるようなバラン回路（不平衡−
平衡変換器）を設ける必要がある。

【０００３】図６のようなバラン回路を要しない構成と
しては、図７（ａ）に示すようなスリーブダイポールア
ンテナや、図７（ｂ）に示すような誘電体基板の両面に
導電パターンを形成してアンテナとして用いるプリント
化ダイポールアンテナなどが考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図６や図７
（ａ）に示すようなアンテナにおいては、例えば車両用
とする場合に、アンテナと給電線とのインピーダンスを
完全に整合させることが難しいという問題がある。これ
は、アンテナを車両等に取り付けるとアンテナの特性が
変化するためである。即ち、アンテナ単体の特性を考慮
することで足りれば、給電線とのインピーダンスの整合
は比較的簡単であるが、アンテナを車両等に取り付けた
状態でのインピーダンスの整合を予め予期して設計して
おくことが難しいためである。アンテナ特性変化によっ
てインピーダンスが変化した場合、別途、図８（ａ）〜
（ｄ）に示すインピーダンス変換原理に基づいて、回路
構成に応じた何らかのインピーダンス変換手段を設ける
必要が発生する。

【０００５】アンテナを実際に設計する際には、アンテ
ナを使用想定場所に取り付けた状態でのアンテナインピ
ーダンスを測定してみて、得られた測定結果に応じたイ
ンピーダンス変換回路を設計するという作業を繰り返し
行うこととなる。ところが、上述の図６に示すような平
衡型アンテナや、図７（ａ）のようなスリーブダイポー
ルアンテナの場合、アンテナや給電線路の太さ、誘電体
の変更等を行わなければ、インピーダンス変換をするこ
とができない。しかし、これらの変更は困難であり、こ
のようなアンテナ構成においては、インピーダンスの実
質的な調整は不可能である。またインピーダンス整合回
路を設ければ調整は比較的容易であるが、装置全体の部
品点数が増えるためコストアップとなる。

【０００６】更に、図６の平衡型アンテナや、図７
（ａ）のスリーブダイポールアンテナでは、窓ガラスな
どに自由に貼り付けて用いるというフィルムアンテナの
ような用途には不向きである。

【０００７】また、図７（ｂ）のプリント化ダイポール
アンテナの場合、誘電体基板上に形成したレッヘル線路
の形状のアンテナパターンを変更することでインピーダ
ンスの変換は可能であるが、基板の第１面と第２面に形
成するパターンの形状を同一とする必要があるため、必
ずしも容易ではない。また誘電体基板の厚さをかえるこ
とでもインピーダンスの変換は可能であるが、やはり容
易にはできない。更に、プリント化ダイポールアンテナ
の場合、その原理上、平面状導体棒が基板の第１面と第
２面に分離していて、ダイポール軸が揃わないため性能
を出し難いという問題もある。

【０００８】そこで、この発明は、インピーダンスの調
整が容易なアンテナを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明は、誘電体基板の一面側に対称に形成された
導体層のパターンより構成される平衡型アンテナ部と、
前記誘電体基板の他面側に形成され、給電点で前記平衡
型アンテナ部と接続された所定パターンの導体層よりな
るマイクロストリップラインとを備え、前記マイクロス
トリップラインによって、前記平衡型アンテナ部への給
電線路である不平衡線路と、前記平衡型アンテナ部との
インピーダンス整合が行われていることを特徴とする。

【００１０】また本発明において、上記アンテナのマイ
クロストリップラインは、前記不平衡線路と前記平衡型
アンテナ部との間における不平衡−平衡変換機能及びイ
ンピーダンス変換機能とを備える。

【００１１】インピーダンスの変換は、例えばマイクロ
ストリップラインのライン幅を変更することによって容
易に行うことができる。このため本発明のアンテナを何
かに取り付けて用いる場合に、取り付けによってアンテ
ナの特性が変化しても、それを考慮したアンテナを作成
することが容易となる。アンテナを実際に取り付けた状
態でアンテナ特性を測定し、その特性に応じてマイクロ
ストリップラインのパターンを調整し最適化することが
できるためである。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いてこの発明の好
適な実施の形態（以下実施形態という）について説明す
る。

【００１３】図１は、本発明の実施形態に係るアンテナ
装置の一例を示し、図２は図１のアンテナ装置の側面構
成を示している。基板１０としては、例えば厚さ１００
μｍ程度の合成樹脂フィルムなどからなる誘電体シート
が用いられている。この基板１０の第１面側には、例え
ば１０〜２０μｍ程度の厚さの導体層パターンを備える
平衡型アンテナ部１２が形成されている。この平衡型ア
ンテナ部１２は、２つの導体層パターンが線対称により
配置され、更にこの２つの導体層パターンが該導体層と
一体の線路によって接続されて構成されている。基板１
０の第２面側には、１０〜２０μｍ程度の厚さの導体層
がパターニングされてマイクロストリップライン２０が
形成されている。

【００１４】給電線路としては不平衡線路である同軸ケ
ーブル３０が用いられて基板１０の第２面側に取り付け
られている。この同軸ケーブル３０は、芯線３６を誘電
体層３４が取り囲み、更にその外側に外被（シールド）
３２が形成された一般的な構成を備える。

【００１５】同軸ケーブル３０の外被３２は、基板１０
の第２面上に形成された導電性の外被接合用ランド２２
にハンダ付けなどによって接続され、この接合用ランド
２２と基板１０に形成されたスルーホール（給電点）６
０を介して平衡型アンテナ部１２の線路部分に接続され
ている。また、誘電体層３４から延出された芯線３６
は、基板１０の第２面上において、上記外被接合用ラン
ド２２の近くに形成された芯線接合用ランド２４にハン
ダ付け等によって接続されている。

【００１６】芯線接合用ランド２４は、マイクロストリ
ップライン２０に接続されている。そして、この芯線接
合用ランド２４は、マイクロストリップライン２０と一
体的に形成されていても良く、あるいはマイクロストリ
ップライン２０とは別に形成し、後でマイクロストリッ
プライン２０と接続する構成であってもよい。

【００１７】平衡型アンテナ部１２とマイクロストリッ
プライン２０とは、基板１０に形成されたスルーホール
（給電点）６２を介して接続されている。従って、同軸
ケーブル３０の芯線３４はマイクロストリップライン２
０を介して給電点６２にて平衡型アンテナ部１２に接続
されることとなっている。

【００１８】本実施形態においては、以上説明したアン
テナ構成要素の一つであるマイクロストリップライン２
０が、基板１０の第１面に形成された平衡型アンテナ部
１２と一体の線路と共に、平衡型アンテナ部１２と、不
平衡線路の同軸ケーブル３０とを接続するための不平衡
−平衡変換器の役割を果たしている。また同時にマイク
ロストリップライン２０は、インピーダンス変換器の役
割も果たしている。特に、ライン２０の線幅を調整する
だけでそのインピーダンスを所望の値とできる。図７に
示すような従来のバラン回路等を用いてもインピーダン
ス変換を行うことは不可能ではないが、インピーダンス
を変更する為には、上述のように同軸ケーブルの芯線３
６等の太さを変えたり、誘電体層３４の種類を変えた
り、あるいはインピーダンス整合回路を設けたりしなけ
ればならず、大がかりな変更が必要となる。しかし、本
実施形態のマイクロストリップライン２０は、基板１０
上に形成された導電体パターンから構成されているの
で、その線幅を変えるだけでインピーダンスを変更する
ことができる。

【００１９】本実施形態のマイクロストリップライン２
０の特性インピーダンスは、理論的には、例えば、その
構成上図８の（ｂ）又は（ｄ）に示すようなインピーダ
ンス変換特性を満たすように設定される。図８において
Ｚ_inは線路の左側からみた特性インピーダンス、Ｚ_lは
線路の右側から特性インピーダンス、Ｚ_oはインピーダ
ンス変換部となる部分の特性インピーダンス、Ｚ_m1及び
Ｚ_m2はインピーダンス変換部となる部分において、それ
ぞれ幅が異なる領域における特性インピーダンスを表し
ている。図８（ｂ）に相当する場合において、理論的に
は、マイクロストリップライン２０のライン長がλ／４
のとき（λは、送受信波長）、特性インピーダンスＺ_o
が次式（１）を満たすようにその幅を設定することとな
る。

【００２０】

【数１】Ｚ_in・Ｚ_l＝Ｚ_o ² ・・・（１）また、図８（ｄ）に相当する場合には、理論的には、例
えば、マイクロストリップライン２０の長さがλ／４で
ある場合に、特性インピーダンスＺ_m1又はＺ_m2が次式
（２）又は（３）を満たすようにその幅を設定すること
となる。

【００２１】

【数２】Ｚ_m1＝（Ｚ_in ²・Ｚ_l）^1/3 ・・・（２）

【数３】Ｚ_m2＝（Ｚ_l ²・Ｚ_in）^1/3 ・・・（３）マイクロストリップライン２０の特性インピーダンス
は、計算上はH.A．Wheelerの式などに従って近似できる
が、実際にはマイクロストリップライン２０の特性イン
ピーダンスは、様々な影響を受け、理論値だけでは決ま
らない。本実施形態の図１の例では、マイクロストリッ
プライン２０は、平衡型アンテナ部１２と同軸ケーブル
３０との間でインピーダンス整合をとるために、給電点
６２から芯線接合用ランド２４までの間で概ねＬ字状パ
ターンで、線路中に所望のライン幅で、更にその幅が互
いに異なる領域２０ａ、２０ｂ、２０ｃを有している。
そして、この例では領域２０ｂの長さが概ねλ／４とな
っている。しかし、ラインパターンは図１に限定される
ものではなく要求される特性インピーダンスとなれば他
のパターンでもよい。また、アンテナの特性が異なれ
ば、マイクロストリップライン２０に要求される特性イ
ンピーダンスも異なるため、そのパターン（長さ及び
幅）はこれに応じて所望となるように設計し、また調整
する必要がある。アンテナ特性が変化した場合、それに
応じて例えば図１のライン２０の内、領域２０ａ、２０
ｂ、２０ｃの各部の幅を増減することによりライン２０
のインピーダンスひいてはアンテナのインピーダンスを
調整できる。

【００２２】アンテナのインピーダンスは、アンテナエ
レメントの取り付け位置周辺に存在するものによって変
わるため、アンテナエレメント単体のインピーダンスを
考慮して設計しても、例えば自動車のドアミラーハウジ
ング内にアンテナを取り付けた場合、最適な性能が得ら
れるとは限らない。よって、最適な性能を得るために
は、一旦設計したアンテナを実際に取り付け位置に設置
し、どのような特性となっているかを繰り返し実験する
必要がある。このような場合に、本実施形態のアンテナ
であれば、アンテナ特性（特に平衡型アンテナ部のイン
ピーダンス特性）が変化しても、それに応じてマイクロ
ストリップライン２０の線幅を調整すればよく、調整作
業が非常に簡便で、インピーダンス整合のとれた特性の
よいアンテナを容易に製造することが可能となる。

【００２３】次に、平衡型アンテナ部１２について説明
する。図３は、平衡型アンテナ部１２の形状を説明する
ための図である。図３に示すように平衡型アンテナ部１
２は、図中の中心線（一点鎖線）Ｃに対して線対称なパ
ターンを備えている。アンテナ部１２の長さＬ１は、ア
ンテナの用途（通信周波数帯域）によって決まる値であ
り、送受信波長をλとしたときにλ／２であることが理
想である。例えば、自動車電話用（８１０〜９５０ＭＨ
ｚ）のアンテナに用いる場合、Ｌ１は、例えば１１０〜
１２０ｍｍ程度の長さとなる。ラジオ用（７０〜９０Ｍ
Ｈｚ）やテレビジョン用（９０〜８００ＭＨｚ）のアン
テナであれば、Ｌ１は、上記より長くなる。

【００２４】平衡型アンテナ部１２の長さＬ２は、自動
車電話用アンテナの場合に、例えば２０〜４０ｍｍ程度
とすることができるが、適応周波数帯域を広げる場合に
は更に長くする。但し、一般的には、アンテナの設置ス
ペースを小さくするという要求が多いため、このＬ２の
長さは、必要な帯域の送受信が行える範囲でできるだけ
短くすることが好適である。

【００２５】図３において、長さＬ３で示す領域は、実
質的に、アンテナとしてよりも線路として機能してい
る。そして、この長さＬ３は、加工を容易にする、断線
し難くするなどの観点で決定することのできる値であ
り、例えばマイクロストリップライン２０の線幅の１０
倍程度とする（例えば、２ｍｍ〜１０ｍｍ程度とするこ
とができるが、このような数値には限られない）。

【００２６】Ｌ５は、平衡型アンテナパターンに形成さ
れたスロット幅であり、このスロット幅Ｌ５は任意の長
さとすることができる。また長さＬ４は、スロットの端
部から給電点（スルーホール位置）６２までの長さであ
り（スロット長さ）、このスロット長さはλ／４とする
ことが理想である。

【００２７】また、本実施形態において、基板１０に形
成されたスルーホール６０、６２によって構成される給
電点は、図４に示すような位置関係をとる。まず、同軸
ケーブル３０の外被３２と、平衡型アンテナ部１２の線
路部分とを接続するためのスルーホール６０は、図４に
線Ａで示すスロット端部よりも右側の幅Ｌ３の線路領域
内であって、線Ｂ上に形成する。一方、平衡型アンテナ
部１２とマイクロストリップライン２０とを接続するた
めのスルーホール６２は、平衡型アンテナ部１２に対す
る給電点であり、その位置は図４に斜線で示す領域内で
あれば線Ｄ上には限られない。しかし、上述のようにス
ロット端部から給電点６２までの長さＬ４がλ／４程度
という条件が存在すること、中心線Ｃに対して線Ｂと対
称となる線Ｄ上に形成することがアンテナの特性上好適
であること、更にアンテナ全体の小型化を考慮すると、
線Ｄ上であって線Ａから長さＬ４の図示するような位置
となる。

【００２８】なお、平衡型アンテナ部１２（線路を含
む）は、図１に示されるパターンには限らず、中心線Ｃ
に対して線対称なパターンであればよく、例えば、図５
（ａ）〜（ｅ）に示すようなパターン形状も適用可能で
ある。なお、パターンが線対称であるため、図５では、
簡略化して平衡型アンテナ部１２の中心線Ｃから半分の
パターンのみを示している。

【００２９】このように本実施形態のアンテナは、基板
１０の第１面に形成された平衡型アンテナ部１２と、給
電線路である同軸ケーブル３０との間に、基板１０の第
２面に形成されたマイクロストリップライン２０が配置
され、不平衡−平衡回路機能と、インピーダンス変換機
能を発揮している。アンテナのインピーダンスを調整す
る必要がある場合には、このマイクロストリップライン
２０の形状を変更すればよく、インピーダンスを繰り返
し変更する場合にも、マイクロストリップライン２０の
形状変更するだけでよいのでその設計や製造が非常に簡
単である。

【００３０】本実施形態のアンテナは、例えば車載アン
テナ、特に自動車電話用のアンテナ等に使用することが
でき、基板１０が可撓性であれば任意の場所に貼り付け
て用いることができる。例えば、本実施形態のアンテナ
は、外観上邪魔にならず、またアンテナの視界を良くす
るためにドアミラーやルームミラーのハウジング内に配
置することができる。これらのハウジング内に取り付け
る場合、アンテナ性能へ影響を与えないためには、導体
より形成された鏡面からできるだけ離れたところに配置
することが好適である。また、アンテナの構成上、垂直
面又は垂直成分の大きい斜面にアンテナの基板平面が沿
うように取り付けることが好適である。

【００３１】次に、本実施形態のアンテナでは、上述の
ように、基板１０は１００μｍ程度、平衡型アンテナ部
１２及びマイクロストリップライン２０の厚さは共にそ
れぞれ１０〜２０μｍ程度としており、非常に薄く単体
では十分な剛性がない。このため、上述のようにドアミ
ラー等のハウジング内など、何かに貼り付けた状態で使
用される。なお、貼り付ける際には基板１０の両面はパ
ターンや接続部の保護などの観点から誘電層などでコー
ティングしておくことが好適である。なお、基板１０と
して誘電体シートではなく、剛性の高いプリント基板な
どを用い、基板の特性などに応じたパターンに平衡型ア
ンテナ部１２やマイクロストリップライン２０を形成す
れば、特別何かに貼り付けることなくそのまま専用ケー
スなどに収納して使用することができる。

【００３２】また、本実施形態のアンテナを例えばＧＰ
Ｓ等に用いる場合には、このＧＰＳでは通信に円偏波が
用いられていることから、図１に示すようなアンテナを
２つ以上組み合わせて使用することが好適である。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、この発明において
は、基板の第２面側に形成したマイクロストリップライ
ンが不平衡−平衡変換機能及びインピーダンス変換機能
を備え、該ラインのパターン、特に幅の変更によりイン
ピーダンスを調整することができる。従って、設置した
環境によってアンテナ特性が変化するような場合であっ
ても、設置した状態でアンテナ特性を測定し、それに応
じてマイクロストリップラインを調整すれば、設置状態
での平衡型アンテナ部と同軸ケーブルとのインピーダン
スを正確に整合させることができる。よって、性能の良
いアンテナを簡単に製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態のアンテナの平面構成を示す図で
ある。

【図２】図１のアンテナの側面構成を示す図である。

【図３】平衡型アンテナ部の形状を説明する図であ
る。

【図４】給電点の位置を説明する図である。

【図５】平衡型アンテナ部のパターンの他の例を示す
図である。

【図６】一般的な不平衡−平衡変換器の構成を示す図
である。

【図７】スリーブアンテナの構成を示す図である。

【図８】インピーダンス変換特性を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１０基板、１２平衡型アンテナ部、２０マイクロ
ストリップライン、２２外被接合用ランド、２４芯
線接合用ランド、３０同軸ケーブル、３２外被、３４
誘電体層、３６芯線、６０，６２スルーホール
（給電点）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板の一面側に対称に形成された
導体層のパターンより構成される平衡型アンテナ部と、前記誘電体基板の他面側に形成され、給電点で前記平衡
型アンテナ部と接続された所定パターンの導体層よりな
るマイクロストリップラインとを備え、前記マイクロストリップラインによって、前記平衡型ア
ンテナ部への給電線路である不平衡線路と、前記平衡型
アンテナ部とのインピーダンス整合が行われていること
を特徴とするアンテナ。
【請求項２】請求項１に記載のアンテナにおいて、前記マイクロストリップラインは、前記不平衡線路と前
記平衡型アンテナ部との間における不平衡−平衡変換機
能及びインピーダンス変換機能を備えることを特徴とす
るアンテナ。