JP2000201014A

JP2000201014A - マイクロストリップアンテナ

Info

Publication number: JP2000201014A
Application number: JP11003007A
Authority: JP
Inventors: Toshikazu Shibata; 俊和芝田
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 1999-01-08
Filing date: 1999-01-08
Publication date: 2000-07-18
Anticipated expiration: 2019-01-08
Also published as: JP3764289B2

Abstract

(57)【要約】【課題】アンテナの横方向に対する放射電界強度を増
大させる。【解決手段】誘電体基板１の一方の面にアンテナ素子
板２を有し、他方の面に接地板３を有するマイクロスト
リップアンテナにおいて、接地板３の四方の一部を削除
して、切欠部５、５、・・・を設ける。これにより、誘
電体基板１を介して上記切欠部５、５、・・・と対向す
るアンテナ素子板２の周縁から発せられる電波は、接地
板３との間に閉じ込められず、矢印１１、１１、・・・
で示す方向に放射される。また、接地板３は、これに上
記切欠部５、５、・・・が設けられていても、それ本来
の機能を維持する程度の形状及び寸法とされている。従
って、矢印１０で示すアンテナの正面方向に対する放射
電界強度は、少なくとも上記切欠部５、５、・・・を設
けない場合と略同等レベル以上を確保できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロストリッ
プアンテナに関し、特に、平板状のアンテナ素子板を用
いた所謂一般にパッチアンテナと呼ばれているマイクロ
ストリップアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】上記マイクロストリップアンテナは、例
えばプリント基板により構成できるので、比較的に容易
にかつ安価に製造できることや、平面構造であること、
等の理由から、様々な無線システムに応用されている。
しかし、このマイクロストリップアンテナは、その正面
方向、詳しくはアンテナ素子板の表面に垂直な方向また
はこれに近接する方向、に対する放射電界強度は比較的
に大きいものの、アンテナの横方向、詳しくはアンテナ
素子板の表面に沿う方向またはこれに近接する方向、に
対する放射電界強度は、上記正面方向に比べて極端に小
さいことが知られている。このことは、アンテナの可逆
性により、このマイクロストリップアンテナにより電波
を受信する際の受信感度についても同様であり、即ち、
正面方向の受信感度に比べて、横方向の受信感度は低
い。

【０００３】この欠点を解消するために、従来から様々
な工夫が成されており、その一つとして、例えば図６に
示すようなものがある。即ち、同図に示すように、２つ
のマイクロストリップアンテナ１００、１００を用意
し、これらをそれぞれの放射面１０１、１０１が互いに
直角を成す状態に組み合わせる。このようにすれば、各
マイクロストリップアンテナ１００、１００それぞれの
横方向に対する放射電界強度（または受信感度：以下、
この受信感度については放射電界強度と同様の性質をも
つものとし、本文中における記載を省略する。）を互い
に補い合うことができ、上記欠点を解消できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図６に示
す従来技術では、２つのマイクロストリップアンテナ１
００、１００を互いに直角に組み合わせているので、構
造が複雑になる、製造コストが高コスト化する、更には
寸法的に大型化する、等の様々な問題がある。これで
は、平面構造のアンテナを容易にかつ安価に製造できる
という上記マイクロストリップアンテナの特徴が悉く損
なわれてしまう。

【０００５】そこで、本発明は、上記従来の問題を解決
すべく、１つのマイクロストリップアンテナにより、そ
の横方向に対しても正面方向と略同等の十分な放射電界
強度を得ることができ、ひいては正面方向から横方向に
わたって略一様な放射電界強度を得ることのできるアン
テナを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のうちで請求項１に記載の発明は、誘電体基
板と、この誘電体基板の一方の面に貼着されたアンテナ
素子板と、上記誘電体基板の他方の面に貼着された接地
板と、を具備し、上記接地板が、マイクロストリップア
ンテナの接地板としてのそれ本来の機能を維持する状態
に、かつ、上記接地板の上記誘電体基板を介してアンテ
ナ素子板と対向する部分の周縁の一部に、その内側から
上記誘電体基板の周縁に向かって伸延しかつ該誘電体基
板の周縁に至る切欠部、を設けたものである。

【０００７】なお、本請求項１に記載の発明のマイクロ
ストリップアンテナは、例えばプリント基板により構成
できる。また、ここで言う上記接地板がそれ本来の機能
を維持する状態とは、例えば、接地板が、これに上記切
欠部を設けても、この切欠部を設けないときと略同等の
放射電界強度を維持できる寸法及び形状を有することを
言う。

【０００８】本請求項１に記載の発明によれば、接地板
の上記切欠部が設けられている部分、即ち誘電体基板を
介してアンテナ素子板と対向する部分の周縁の一部内側
から誘電体基板の周縁に至る部分については、接地板は
存在しない。ここで、例えば、今、アンテナ素子板と接
地板との間に給電するとする。この給電により、アンテ
ナ素子板の表面から空間に電波が放射されるが、このう
ち、アンテナ素子板の正面方向に対しては、少なくとも
上記切欠部を設けていないときと略同等、若しくはそれ
以上の放射電界強度を得ることができる。その理由は、
次の通りである。

【０００９】即ち、接地板は、上述の通り、これに切欠
部が設けられていても、それ本来の機能を維持している
ので、少なくとも上記切欠部を設けていないときと略同
等の放射電界強度を得ることができる。また、アンテナ
素子板は、接地板との間で比誘電率の大きい誘電体基板
を挟むことにより、寸法上の短縮効果が得られることが
知られている。しかし、上記切欠部を設けている部分に
ついては、接地板が存在しないので、上記寸法上の短縮
効果が得られず、その分、切欠部を設けていないものに
比べて、アンテナ素子板の寸法が大きくなる。従って、
このようにアンテナ素子板の寸法が大きくなることによ
り、このアンテナ素子板の表面から電波が放射され易く
なり、ひいてはアンテナ素子板の正面方向に対する放射
電界強度が増大する。

【００１０】一方、上記給電により、アンテナ素子板の
周縁からも電波が発せられるが、このうち、誘電体基板
を介して接地板と対向する部分から発せられる電波につ
いては、接地板との間に閉じ込められるので、空間には
放射され難い。しかし、アンテナ素子板の周縁のうち誘
電体基板を介して切欠部と対向する部分については、上
記のように誘電体基板を介して対向する接地板が存在し
ないので、この部分から発せられる電波は、接地板との
間に閉じ込められずに、アンテナ素子板の表面に沿う所
謂横方向の空間に放射される。これにより、アンテナの
横方向に対する放射電界強度が増大する。

【００１１】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明のマイクロストリップアンテナにおいて、上記切
欠部を複数設けたものである。

【００１２】本請求項２に記載の発明によれば、上記切
欠部を複数設けているので、これら各切欠部を設けた各
横方向に対する放射電界強度を増大できる。

【００１３】請求項３に記載の発明は、請求項２に記載
の発明のマイクロストリップアンテナにおいて、上記ア
ンテナ素子板が、上記誘電体基板の略中央に設けられ、
上記各切欠部が、概略放射状に設けられたものである。

【００１４】本請求項３に記載の発明では、誘電体基板
の略中央にアンテナ素子板を設け、上記各切欠部を放射
状に設けているので、アンテナの各横方向、例えば上下
左右方向に対して、略一様な放射電界強度を得ることが
できる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、円偏波用のマイ
クロストリップアンテナに、請求項１に記載の発明を応
用したものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明に係るマイクロストリップ
アンテナの一実施の形態について、図１から図５を参照
して説明する。

【００１７】図１に、本実施の形態のアンテナの外観図
を示す。同図に示すように、本実施の形態のアンテナ
は、正方形の誘電体基板１の一方の面（同図において上
方の面：以下、この面を表面とする。）の中央に導体板
構成の円形のアンテナ素子板２を貼着し、他方の面（同
図において下方の面：以下、この面を裏面とする。）に
導体板構成の接地板３を貼着したものである。このアン
テナは、例えばプリント基板により構成でき、詳しく
は、誘電体基板１として、例えば厚さｔがｔ＝１．６ｍ
ｍのガラスエポキシ樹脂基板を用い、その両面に接着し
た厚さ約３５μｍの薄い銅板をフォトエッチング等によ
り処理することによって、上記アンテナ素子板２及び接
地板３を形成する。なお、アンテナ素子板２と接地板３
とは、誘電体基板１の中央に設けられたスルーホール４
によって、互いに接続されている。

【００１８】図２に、このアンテナを裏面側から見たパ
ターン図を示す。同図に点線で示すように、アンテナ素
子板２の直径ａは、誘電体基板１の一辺の長さｂよりも
小さい。一方、接地板３は、誘電体基板１の裏面の全面
にわたって形成されているのではなく、誘電体基板１の
四辺に沿う部分の一部を概略台形状に削除した４つの切
欠部５、５、・・・を有する。詳しくは、各切欠部５、
５、・・・は、上記円形のアンテナ素子板２と中心を同
じにしかつアンテナ素子板２の直径ａよりも小さい直径
ｃの円周のうち、誘電体基板１の四辺に対向する部分か
ら、これらそれぞれに対向する誘電体基板１の四辺に向
かって、放射状に広がる状態に設けられている。この切
欠部５、５、・・・を設けることにより、接地板３は、
上記直径ｃの円形パターン部３１と、この円形パターン
部３１の中央から誘電体基板１の各角部に伸延する幅ｄ
の４つの帯状パターン３２、３２、・・・と、から成る
概略手裏剣状に形成され、スルーホール４を中心として
点対称な形状とされる。

【００１９】このように、上記切欠部５、５、・・・を
設けるという点が、本実施の形態の最大の特徴であり、
誘電体基板の裏面の略全面にわたって接地板を構成する
という一般に知られているマイクロストリップアンテナ
と最も異なる点である。なお、切欠部５、５、・・・を
大きくし過ぎると、換言すれば、上記円形パターン部３
１の直径ｃや各帯状パターン部３２、３２、・・・の幅
ｄを小さくし過ぎると、接地板３が、マイクロストリッ
プアンテナの接地板としてのそれ本来の機能を果たさな
くなる。この場合、切欠部５、５、・・・を設けない所
謂接地板をベタパターンとする上記一般に知られている
マイクロストリップアンテナと比べて、放射電界強度が
小さくなる等、アンテナとしての性能が劣ることにな
る。よって、上記切欠部５、５、・・・は、接地板３が
それ本来の機能を維持し得る程度の寸法及び形状に止め
る。

【００２０】ところで、本実施の形態のアンテナは、円
偏波用のものである。この円偏波を実現するには、例え
ば図３に示すように、アンテナ素子板２上の或る点Ｐ
に、信号源６から給電線７を介して所定の信号を給電す
ると共に、この給電信号の位相を電気的に９０°、即ち
λ／４だけ遅らせた信号を、スルーホール４を中心とし
て上記点Ｐと物理的に９０°の角度を成す点Ｑに給電す
ればよい。

【００２１】その際、アンテナ全体の入力インピーダン
スＺ_Iと上記給電線７の特性インピーダンスＺ_Xとを整
合させる（即ちＺ_I≒Ｚ_Xとする）必要があることは言
うまでもない。このインピーダンス整合を実現するため
の条件は、次の数１の通りである。

【００２２】

【数１】Ｚ_I＝｛（Ｚ₀ ²／Ｚ_Q）・Ｚ_p｝／｛（Ｚ₀
²／Ｚ_Q）＋Ｚ_p｝≒Ｚ_X

【００２３】なお、この数１において、Ｚ_pは、上記給
電点Ｐにおけるアンテナ素子板２の入力インピーダン
ス、Ｚ_Qは、上記給電点Ｑにおけるアンテナ素子板２の
入力インピーダンスである。これら各インピーダンスＺ
_p及びＺ_Qは、それぞれ上記各給電点Ｐ及びＱの位置に
よって決まる。また、Ｚ₀は、これら給電点Ｐ及びＱ間
で、上記給電信号の位相をλ／４だけずらすための線路
８自体の特性インピーダンスで、この特性インピーダン
スＺ₀は、線路８を構成するケーブルの種類によって決
まる。

【００２４】例えば、今、上記数１に基づいて、アンテ
ナと給電線７とのインピーダンス整合を実現した上で、
このアンテナに信号源６から上記所定の信号を給電す
る。すると、この給電により、アンテナ素子板２の表面
から電波が発せられ、これによって、図１に矢印１０で
示すように、アンテナ素子板２の正面方向の空間に電波
が放射される。その際、このアンテナ素子板２の正面方
向に対する放射電界強度は、上記切欠部５、５、・・・
を設けたことにより増大する。その理由は、次の通りで
ある。

【００２５】即ち、アンテナ素子板２は、接地板３との
間で、空気よりも比誘電率の大きい誘電体基板１を挟む
ことによって、寸法上の短縮効果が得られることが知ら
れている。本実施の形態では、上記切欠部５、５、・・
・を設けているので、この切欠部５，５、・・・を設け
ている部分については、上記寸法上の短縮効果が得られ
ず、その分、切欠部５、５、・・・を設けない場合に比
べて、アンテナ素子板２の寸法が大きくなる。このよう
に、アンテナ素子板２が寸法上大きくなることにより、
このアンテナ素子板２の表面から電波が放射され易くな
り、ひいてはアンテナ素子板２の正面方向に対する放射
電界強度が増大するからである。

【００２６】なお、このアンテナ素子板２の正面方向に
対する放射電界強度は、上記切欠部５、５、・・・を設
けない場合に比べて小さくなることはない。上述した通
り、接地板３は、これに切欠部５、５、・・・を設けら
れているものの、マイクロストリップアンテナの接地板
としてのそれ本来の機能を維持し得る程度の寸法及び形
状とされているからである。

【００２７】一方、上記給電により、アンテナ素子板２
の周縁からも電波が発せられる。このうち、誘電体基板
１を介して接地板３と対向する部分、即ち帯状パターン
部３２、３２、・・・と対向する部分から発せられる電
波については、接地板３（帯状パターン３２、３２、・
・・）との間に閉じ込められるので、空間には放射され
難い。しかし、アンテナ素子板２の周縁のうち誘電体基
板１を介して切欠部５、５、・・・と対向する部分につ
いては、誘電体基板１を介して対向する接地板３が存在
しないので、この部分から発せられる電波は、接地板３
との間に閉じ込められずに、図１に矢印１１、１１、・
・・で示すように、アンテナ素子板２の表面に沿う所謂
横方向の空間に放射される。これにより、アンテナの横
方向に対する放射電界強度が増大する。

【００２８】これを裏付けるデータを、図４に示す。こ
のデータは、本実施の形態のアンテナを、例えば８００
ＭＨｚ帯の無線システムに使用したときの、放射電界強
度を測定して得たものである。詳しくは、図２におい
て、誘電体基板１の一辺の長さｂをｂ＝１２０ｍｍ、ア
ンテナ素子板２の直径ａをａ＝１１２ｍｍ、接地板３を
構成する円形パターン部３１の直径ｃをｃ＝９０ｍｍ、
帯状パターン部３２、３２、・・・の各パターン幅ｄを
ｄ＝３０ｍｍとする。そして、図３における給電線７と
して、その特性インピーダンスＺ_XがＺ_X＝５０Ωの同
軸ケーブルを用いると共に、各給電点Ｐ及びＱにおける
各入力インピーダンスＺ_p及びＺ_QがそれぞれＺ_p＝１
００Ω、Ｚ_Q＝５０Ωとなるように上記各給電点Ｐ及び
Ｑの位置を決定し、線路８として一般に知られている
１．５Ｃ−２Ｖ（特性インピーダンスＺ₀＝７５Ω）の
同軸ケーブルを用いる。これによって、上記数１が満足
され（Ｚ_I≒５３Ω≒Ｚ_X）、即ちアンテナと給電線７
とのインピーダンス整合が実現される。そして、このア
ンテナを、地面から高さ約１．５ｍの位置に、アンテナ
素子板２の表面が地面と直角を成す状態に配置し、この
状態で、信号源６から８０８ＭＨｚの信号を供給し、こ
のとき、アンテナから地面に対して水平な方向に約３ｍ
離れた位置で、アンテナの周囲の放射電界強度を測定し
たものが、図４に実線Ｘで示すグラフである。なお、同
図に点線Ｙで示すグラフは、切欠部５、５、・・・を設
けていないアンテナについて、上記と同じ条件で、放射
電界強度を測定して得たデータである。

【００２９】この図４から明らかなように、切欠部５、
５、・・・を設けていないアンテナについては、その正
面方向（０°の方向）については、或る程度の放射電界
強度が得られるものの、横方向（９０°及び２７０°の
方向）については、極端に放射電界強度が弱くなる。こ
れに対して、切欠部５、５、・・・を設けた本実施の形
態のアンテナによれば、アンテナ素子板２の正面方向
（０°の方向）のみならず、これと直角な横方向（９０
°及び２７０°の方向）についても、正面方向と略同程
度の放射電界強度（正面方向に対する放射電界強度に比
べて−３乃至−２〔ｄＢμＶ／ｍ〕程度）が得られてい
ることが判る。

【００３０】そればかりか、正面方向に対しては、切欠
部５、５、・・・を設けることによって、放射電界強度
が増大していることも判る。この正面方向に対する放射
電界強度は、一般に知られているダイポールアンテナの
放射電界強度と比較して、−０．５〔ｄＢμＶ／ｍ〕程
度であり、略理想的とも言える結果が得られた。

【００３１】上記のように、本実施の形態によれば、１
つのマイクロストリップアンテナにより、横方向に対し
ても、正面方向と同程度の放射電界強度が得られる。従
って、上述した従来技術に比べて、簡単かつ低コスト
で、アンテナの正面方向から横方向にわたって略一様な
放射電界強度を得られる薄型のマイクロストリップアン
テナを実現できる。

【００３２】また、上記横方向への放射電界強度の増大
を可能とする切欠部５、５、・・・を四方に放射状に設
けているので、これら各方向に対する放射電界強度の増
大を実現できる。従って、これら各方向に対して、略一
様な放射電界強度を有する所謂一種の全方向性アンテナ
を実現できる。

【００３３】なお、本実施の形態では、概略台形状の切
欠部５、５、・・・を四方に設けることによって、これ
ら各方向に対する放射電界強度を増大させたが、これに
限らない。例えば、アンテナの横方向のうち、或る一方
向にのみ放射電界強度を増大させたい場合には、図５に
示すように、その希望の方向にのみ切欠部５を設ければ
よい。その際、切欠部５を、同図に点線で示すような形
状としてもよい。また、切欠部５、５、・・・の形状及
び寸法は、本実施の形態で説明した例に限らない。即
ち、接地板３が、それ本体の機能を維持しつつ、本実施
の形態と同様の作用及び効果を奏するのであれば、切欠
部５、５、・・・の形状及び寸法は任意である。

【００３４】そして、本実施の形態においては、本発明
を円偏波用のアンテナに応用する場合について説明した
が、これに限らず、垂直または水平偏波用のアンテナに
も、本発明を応用できる。

【００３５】また、本実施の形態では、アンテナをプリ
ント基板構成としたが、これに限らない。ただし、プリ
ント基板構成とすれば、製造コストを低コスト化できる
等、様々な利点があることは言うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、請求項１に記載の発明の
マイクロストリップアンテナによれば、切欠部を設ける
という極めて簡単な構成により、アンテナの横方向に対
する放射電界強度を増大でき、ひいては、アンテナの正
面方向から横方向にわたって放射電界強度が略一様な所
謂広指向性のアンテナを実現できる。従って、このよう
なアンテナを、上述した図６に示す従来技術に比べて、
簡単かつ低コストで実現でき、更には薄型化できるとい
う効果がある。

【００３７】また、上記切欠部を設けることにより、こ
の切欠部を設けない場合に比べて、アンテナ素子板の寸
法上の短縮効果が減少し、その分、アンテナ素子板の寸
法が大きくなる。このようにアンテナ素子板の寸法が大
きくなることにより、このアンテナ素子板の表面から電
波が放射され易くなり、ひいては、アンテナの正面方向
に対する放射電界強度が増大するという効果もある。

【００３８】請求項２に記載の発明のマイクロストリッ
プアンテナによれば、上記切欠部を複数設けているの
で、これら各切欠部を設けた各横方向に対する放射電界
強度を増大できる。従って、様々な方向に対して放射電
界強度を増大したい場合等に非常に有効である。

【００３９】請求項３に記載の発明のマイクロストリッ
プアンテナは、上記請求項２に記載の発明において、誘
電体基板の略中央にアンテナ素子板を設け、上記各切欠
部を放射状に設けたものである。従って、アンテナ素子
板の各横方向、例えば上下左右方向に対して、略一様な
放射電界強度を有する所謂一種の全方向性アンテナを実
現できるという効果がある。

【００４０】請求項４に記載の発明のマイクロストリッ
プアンテナは、円偏波用のアンテナであって、このよう
な円偏波用のアンテナにおいても、上記請求項１に記載
の発明と同様の効果を得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るマイクロストリップアンテナの一
実施の形態を表す図で、（ａ）は、その表面側を斜め方
向から見た斜視図、（ｂ）は、裏面側を斜め方向から見
た斜視図、（ｃ）は、側面図である。

【図２】同実施の形態を構成するプリント基板のパター
ン図である。

【図３】同実施の形態における給電状態を表す図であ
る。

【図４】同実施の形態により得られる効果を裏付けるデ
ータで、アンテナ素子板の表面を地面に対して垂直に設
けたときの水平方向に沿う各方向の放射電界強度を測定
して得たポーラカーブである。

【図５】同実施の形態の別の例を表すプリント基板のパ
ターン図である。

【図６】マイクロストリップアンテナの横方向に対する
放射電界強度を増大させるための従来技術を概略的に表
す図である。

【符号の説明】

１誘電体基板２アンテナ素子３接地板５切欠部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体基板と、この誘電体基板の一方の
面に貼着されたアンテナ素子板と、上記誘電体基板の他
方の面に貼着された接地板と、を具備し、上記接地板が、マイクロストリップアンテナの接地板と
しての機能を維持する状態に、かつ、上記接地板の上記
誘電体基板を介して上記アンテナ素子板と対向する部分
の周縁の一部に、その内側から上記誘電体基板の周縁に
向かって伸延しかつ該誘電体基板の周縁に至る切欠部、
を設けたマイクロストリップアンテナ。
【請求項２】上記切欠部を複数設けた請求項１に記載
のマイクロストリップアンテナ。
【請求項３】上記アンテナ素子板が、上記誘電体基板
の略中央に設けられ、上記各切欠部が、概略放射状に設
けられた請求項２に記載のマイクロストリップアンテ
ナ。
【請求項４】上記マイクロストリップアンテナが、円
偏波用のものである請求項１に記載のマイクロストリッ
プアンテナ。