JP2001111328A - マイクロストリップアンテナ及びその設計方法 - Google Patents
マイクロストリップアンテナ及びその設計方法Info
- Publication number
- JP2001111328A JP2001111328A JP28580199A JP28580199A JP2001111328A JP 2001111328 A JP2001111328 A JP 2001111328A JP 28580199 A JP28580199 A JP 28580199A JP 28580199 A JP28580199 A JP 28580199A JP 2001111328 A JP2001111328 A JP 2001111328A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- operating frequency
- microstrip antenna
- patch
- ground conductor
- equation
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Abandoned
Links
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 地導体や放射素子であるパッチにメッシュ構
造を設けると、メッシュ構造を設けない場合と比較して
共振周波数が低下し、所望の動作周波数で動作させるこ
とが困難となる課題があった。 【解決手段】 所望の動作周波数に下記式（１）に基づ
いて算出した動作周波数ｆが一致するように、下記式
（１）の構成要素の値を設定する。 ｆ＝ｆO・Ｗt／［Ｗt＋MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ
0（ｘm，ｙm）｜2／３−ε・ｒ0 3・｜Ｅ0（ｘm，ｙm）
｜2／６］ ・・・（１）。
造を設けると、メッシュ構造を設けない場合と比較して
共振周波数が低下し、所望の動作周波数で動作させるこ
とが困難となる課題があった。 【解決手段】 所望の動作周波数に下記式（１）に基づ
いて算出した動作周波数ｆが一致するように、下記式
（１）の構成要素の値を設定する。 ｆ＝ｆO・Ｗt／［Ｗt＋MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ
0（ｘm，ｙm）｜2／３−ε・ｒ0 3・｜Ｅ0（ｘm，ｙm）
｜2／６］ ・・・（１）。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は地導体やパッチを
メッシュ状としたマイクロストリップアンテナに係り、
特に所望の周波数で動作するようにメッシュ構造を最適
に設計することができるマイクロストリップアンテナ及
びその設計方法に関するものである。
メッシュ状としたマイクロストリップアンテナに係り、
特に所望の周波数で動作するようにメッシュ構造を最適
に設計することができるマイクロストリップアンテナ及
びその設計方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１５は従来のメッシュ構造を有したマ
イクロストリップアンテナを示す図であり、（ａ）は上
面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はパッチ及び地導体に形
成されたメッシュの開口部を示す斜視図である。図にお
いて、１００は金属導体からなる放射素子としてのパッ
チ、１１０は誘電体基板、１１０ａ，１１０ｂは誘電体
基板１１０を挟んでプラスティックネジ１３０によって
固定される誘電体板であり、１２０は金属導体の地導体
である。パッチ１００は誘電体基板１１０上に形成さ
れ、また、地導体１２０は誘電体基板１１０のパッチ１
００との対向面に形成される。このパッチ１００と地導
体１２０とを設けた誘電体基板１１０を誘電体板１１０
ａ，１１０ｂで挟み込み、これらをプラスティックネジ
１３０で固定してマイクロストリップアンテナが構成さ
れる。パッチ１００及び地導体１２０にはニッケル鍍金
された銅線から作成される（ｃ）のようなメッシュ構造
が設けられている。１４０はこのマイクロストリップア
ンテナに給電する給電点である。
イクロストリップアンテナを示す図であり、（ａ）は上
面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はパッチ及び地導体に形
成されたメッシュの開口部を示す斜視図である。図にお
いて、１００は金属導体からなる放射素子としてのパッ
チ、１１０は誘電体基板、１１０ａ，１１０ｂは誘電体
基板１１０を挟んでプラスティックネジ１３０によって
固定される誘電体板であり、１２０は金属導体の地導体
である。パッチ１００は誘電体基板１１０上に形成さ
れ、また、地導体１２０は誘電体基板１１０のパッチ１
００との対向面に形成される。このパッチ１００と地導
体１２０とを設けた誘電体基板１１０を誘電体板１１０
ａ，１１０ｂで挟み込み、これらをプラスティックネジ
１３０で固定してマイクロストリップアンテナが構成さ
れる。パッチ１００及び地導体１２０にはニッケル鍍金
された銅線から作成される（ｃ）のようなメッシュ構造
が設けられている。１４０はこのマイクロストリップア
ンテナに給電する給電点である。
【０００３】次に概要について説明する。均一な平面状
の地導体やパッチを有するマイクロストリップアンテナ
において、その地導体やパッチを構成する金属薄膜の安
定性に問題があった。この金属薄膜の不安定化の主な要
因としては、金属薄膜の形成時に膜内の密度の偏りなど
から膜内部に残る残留応力がある。この膜内の残留応力
はアンテナの置かれる環境の変化、例えば温度変化など
によって膜の剥離やアンテナ自体の反り返りの原因とな
る。これに対しては上記のようにパッチ１００や地導体
１２０にメッシュ構造を設けたものが有効である。パッ
チ１００や地導体１２０にメッシュ構造を設けると、こ
のメッシュの開口部によって上記応力を緩和させること
ができ、上記応力による影響を抑えることができるから
である。また、メッシュ構造を設けることは、マイクロ
ストリップアンテナ自体の重量を軽量化することができ
るという別の効果も提供する。
の地導体やパッチを有するマイクロストリップアンテナ
において、その地導体やパッチを構成する金属薄膜の安
定性に問題があった。この金属薄膜の不安定化の主な要
因としては、金属薄膜の形成時に膜内の密度の偏りなど
から膜内部に残る残留応力がある。この膜内の残留応力
はアンテナの置かれる環境の変化、例えば温度変化など
によって膜の剥離やアンテナ自体の反り返りの原因とな
る。これに対しては上記のようにパッチ１００や地導体
１２０にメッシュ構造を設けたものが有効である。パッ
チ１００や地導体１２０にメッシュ構造を設けると、こ
のメッシュの開口部によって上記応力を緩和させること
ができ、上記応力による影響を抑えることができるから
である。また、メッシュ構造を設けることは、マイクロ
ストリップアンテナ自体の重量を軽量化することができ
るという別の効果も提供する。
【０００４】しかし、マイクロストリップアンテナのメ
ッシュ構造における開口部の大きさや形成位置を最適に
設計してやらないとパッチ１００や地導体１２０に均一
な平面上導体を使用した場合と比較して共振周波数が大
きく低下してしまうという問題があった。
ッシュ構造における開口部の大きさや形成位置を最適に
設計してやらないとパッチ１００や地導体１２０に均一
な平面上導体を使用した場合と比較して共振周波数が大
きく低下してしまうという問題があった。
【０００５】これに対して、従来は上記のようなメッシ
ュ構造に対して確立した設計方法がなかった。このた
め、例えばＦＤＴＤ法（ Finite Difference Time Doma
in Method ）などの数値解析が用いられていた。このＦ
ＤＴＤ法とは、マクスウェル方程式を時間的・空間的に
差分化し、解析空間の電磁界を時間的に更新して着目し
た出力点における時間応答を解析するもので、解析精度
を上げるには解析するセルのサイズの決定や複雑な構造
を有する着目点のモデル化などを実際のアンテナの構造
に適切に対応させる必要がある。このため、メッシュ構
造を有するマイクロストリップアンテナの場合は上記着
目点として、メッシュの開口部や給電点及びそれ以外の
全ての構造を考慮しなければならない。
ュ構造に対して確立した設計方法がなかった。このた
め、例えばＦＤＴＤ法（ Finite Difference Time Doma
in Method ）などの数値解析が用いられていた。このＦ
ＤＴＤ法とは、マクスウェル方程式を時間的・空間的に
差分化し、解析空間の電磁界を時間的に更新して着目し
た出力点における時間応答を解析するもので、解析精度
を上げるには解析するセルのサイズの決定や複雑な構造
を有する着目点のモデル化などを実際のアンテナの構造
に適切に対応させる必要がある。このため、メッシュ構
造を有するマイクロストリップアンテナの場合は上記着
目点として、メッシュの開口部や給電点及びそれ以外の
全ての構造を考慮しなければならない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来のマイクロストリ
ップアンテナ及びその設計方法は以上のように構成され
ているので、地導体や放射素子であるパッチにメッシュ
構造を設けると、メッシュ構造を設けない場合と比較し
て共振周波数が低下し、所望の動作周波数で動作させる
ことが困難となる課題があった。
ップアンテナ及びその設計方法は以上のように構成され
ているので、地導体や放射素子であるパッチにメッシュ
構造を設けると、メッシュ構造を設けない場合と比較し
て共振周波数が低下し、所望の動作周波数で動作させる
ことが困難となる課題があった。
【０００７】また、メッシュ構造を最適に設計すること
ができる設計方法が確立されていなかったので、上記の
ようなＦＤＴＤ法などを設計に使用していた。ＦＤＴＤ
法は所望の動作周波数を得るために計算精度を上げよう
とすると複雑なメッシュ構造を全て考慮した数値解析を
行わなければならなかった。このため、莫大な計算時間
が必要であったり、その計算により得られる多量のデー
タを記憶する大容量のメモリなどが必要であり、高価で
高性能の計算機資源が不可欠であるという課題があっ
た。
ができる設計方法が確立されていなかったので、上記の
ようなＦＤＴＤ法などを設計に使用していた。ＦＤＴＤ
法は所望の動作周波数を得るために計算精度を上げよう
とすると複雑なメッシュ構造を全て考慮した数値解析を
行わなければならなかった。このため、莫大な計算時間
が必要であったり、その計算により得られる多量のデー
タを記憶する大容量のメモリなどが必要であり、高価で
高性能の計算機資源が不可欠であるという課題があっ
た。
【０００８】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、メッシュ構造を設けた地導体やパ
ッチを有し、且つ所望の周波数で動作するマイクロスト
リップアンテナを得ることを目的とする。
めになされたもので、メッシュ構造を設けた地導体やパ
ッチを有し、且つ所望の周波数で動作するマイクロスト
リップアンテナを得ることを目的とする。
【０００９】また、この発明は地導体やパッチメッシュ
構造を設けることで発生する共振周波数の低下を抑制し
たマイクロストリップアンテナを得ることを目的とす
る。
構造を設けることで発生する共振周波数の低下を抑制し
たマイクロストリップアンテナを得ることを目的とす
る。
【００１０】さらに、この発明は設計に莫大な計算時間
や高価で高性能の計算機資源を必要とすることなく、メ
ッシュ状の地導体やパッチを有するマイクロストリップ
アンテナが所望の周波数で動作するように設計すること
ができるマイクロストリップアンテナの設計方法を得る
ことを目的とする。
や高価で高性能の計算機資源を必要とすることなく、メ
ッシュ状の地導体やパッチを有するマイクロストリップ
アンテナが所望の周波数で動作するように設計すること
ができるマイクロストリップアンテナの設計方法を得る
ことを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この発明に係るマイクロ
ストリップアンテナは、所望の動作周波数に下記式
（１）に基づいて算出した動作周波数ｆが一致するよう
に、下記式（１）の構成要素の値を設定したことを特徴
とするものである。 ｆ＝ｆ0 ・Ｗt ／［Ｗt ＋MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ0 （ｘm ，ｙm ）｜2 ／３ −ε・ｒ0 ３・｜Ｅ0 （ｘm ，ｙm ）｜2 ／６］ ・・・（１） ｒ0 はメッシュの複数の開口部を全て同一の円形と仮定
した場合における開口部の半径、ｆ0 は平面状のパッチ
及び地導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定
して算出した動作周波数、Ｗt は平面状のパッチ及び地
導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定して算
出したマイクロストリップアンテナ内部に蓄えられるエ
ネルギー、Ｍは開口部の個数、（ｘm ，ｙm ）は開口部
の中心位置の座標、Ｈ0 （ｘm ，ｙm ）は開口部の中心
位置の座標（ｘm ，ｙm ）における磁界、Ｅ0 （ｘm ，
ｙm ）は開口部の中心位置の座標（ｘm ，ｙm ）におけ
る電界、μ及びεはそれぞれ平面状のパッチ及び地導体
を備えたマイクロストリップアンテナを仮定して算出し
たマイクロストリップアンテナ内部の透磁率、誘電率で
ある。
ストリップアンテナは、所望の動作周波数に下記式
（１）に基づいて算出した動作周波数ｆが一致するよう
に、下記式（１）の構成要素の値を設定したことを特徴
とするものである。 ｆ＝ｆ0 ・Ｗt ／［Ｗt ＋MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ0 （ｘm ，ｙm ）｜2 ／３ −ε・ｒ0 ３・｜Ｅ0 （ｘm ，ｙm ）｜2 ／６］ ・・・（１） ｒ0 はメッシュの複数の開口部を全て同一の円形と仮定
した場合における開口部の半径、ｆ0 は平面状のパッチ
及び地導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定
して算出した動作周波数、Ｗt は平面状のパッチ及び地
導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定して算
出したマイクロストリップアンテナ内部に蓄えられるエ
ネルギー、Ｍは開口部の個数、（ｘm ，ｙm ）は開口部
の中心位置の座標、Ｈ0 （ｘm ，ｙm ）は開口部の中心
位置の座標（ｘm ，ｙm ）における磁界、Ｅ0 （ｘm ，
ｙm ）は開口部の中心位置の座標（ｘm ，ｙm ）におけ
る電界、μ及びεはそれぞれ平面状のパッチ及び地導体
を備えたマイクロストリップアンテナを仮定して算出し
たマイクロストリップアンテナ内部の透磁率、誘電率で
ある。
【００１２】この発明に係るマイクロストリップアンテ
ナは、所望の動作周波数と、式（１）に基づいて算出し
た動作周波数とが一致するように、メッシュの開口部の
半径ｒ0 、若しくは形成位置の少なくとも一方を適宜変
更するものである。
ナは、所望の動作周波数と、式（１）に基づいて算出し
た動作周波数とが一致するように、メッシュの開口部の
半径ｒ0 、若しくは形成位置の少なくとも一方を適宜変
更するものである。
【００１３】この発明に係るマイクロストリップアンテ
ナは、誘電体基板の厚さを厚くして、平面状のパッチ及
び地導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定し
て算出した動作周波数ｆ0 と、式（１）に基づいて算出
した動作周波数との値の差が小さくなるようにするもの
である。
ナは、誘電体基板の厚さを厚くして、平面状のパッチ及
び地導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定し
て算出した動作周波数ｆ0 と、式（１）に基づいて算出
した動作周波数との値の差が小さくなるようにするもの
である。
【００１４】この発明に係るマイクロストリップアンテ
ナは、所望の動作周波数に下記式（２）に基づいて算出
した動作周波数ｆが一致するように、下記式（２）の構
成要素の値を設定したことを特徴とするものである。 ｆ＝ｆ0 −ｊ・ＰL ／（２・Ｗt ） ・・・（２） ｆ0 は平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロスト
リップアンテナを仮定して算出した動作周波数、Ｗt は
平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロストリップ
アンテナを仮定して算出したマイクロストリップアンテ
ナ内部に蓄えられるエネルギー、ＰL は全ての開口部か
らの放射損である。
ナは、所望の動作周波数に下記式（２）に基づいて算出
した動作周波数ｆが一致するように、下記式（２）の構
成要素の値を設定したことを特徴とするものである。 ｆ＝ｆ0 −ｊ・ＰL ／（２・Ｗt ） ・・・（２） ｆ0 は平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロスト
リップアンテナを仮定して算出した動作周波数、Ｗt は
平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロストリップ
アンテナを仮定して算出したマイクロストリップアンテ
ナ内部に蓄えられるエネルギー、ＰL は全ての開口部か
らの放射損である。
【００１５】この発明に係るマイクロストリップアンテ
ナは、所望の動作周波数と、式（２）に基づいて算出し
た動作周波数とが一致するように、メッシュの開口部の
形状、大きさ 、及び形成位置の少なくとも一つを適宜
変更するものである。
ナは、所望の動作周波数と、式（２）に基づいて算出し
た動作周波数とが一致するように、メッシュの開口部の
形状、大きさ 、及び形成位置の少なくとも一つを適宜
変更するものである。
【００１６】この発明に係るマイクロストリップアンテ
ナは、誘電体基板の厚さを厚くして、平面状のパッチ及
び地導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定し
て算出した動作周波数ｆ0 と、式（２）に基づいて算出
した動作周波数との値の差が小さくなるようにするもの
である。
ナは、誘電体基板の厚さを厚くして、平面状のパッチ及
び地導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定し
て算出した動作周波数ｆ0 と、式（２）に基づいて算出
した動作周波数との値の差が小さくなるようにするもの
である。
【００１７】この発明に係るマイクロストリップアンテ
ナは、平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロスト
リップアンテナを仮定し、その給電点の位置から一義的
に決定される磁界強度が最大となる位置に、メッシュの
開口部の形成位置が重ならないようにするものである。
ナは、平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロスト
リップアンテナを仮定し、その給電点の位置から一義的
に決定される磁界強度が最大となる位置に、メッシュの
開口部の形成位置が重ならないようにするものである。
【００１８】この発明に係るマイクロストリップアンテ
ナは、全ての開口部からの放射損Ｐ L を実験的に求める
ものである。
ナは、全ての開口部からの放射損Ｐ L を実験的に求める
ものである。
【００１９】この発明に係るマイクロストリップアンテ
ナの設計方法は、平面状のパッチ及び地導体を備えたマ
イクロストリップアンテナの動作周波数ｆ0 を算出する
ステップと、平面状のパッチ及び地導体を備えたマイク
ロストリップアンテナの内部に蓄えられるエネルギーＷ
t を算出するステップと、請求項１記載の式（１）に基
づいて動作周波数を算出するステップと、式（１）に基
づいて算出された動作周波数と所望の動作周波数とを比
較するステップと、式（１）に基づいて算出された動作
周波数と所望の動作周波数とが一致しない場合、両者の
値が一致するように開口部の半径ｒ0 、若しくは形成位
置の少なくとも一方を適宜変更するステップとを備える
ものである。
ナの設計方法は、平面状のパッチ及び地導体を備えたマ
イクロストリップアンテナの動作周波数ｆ0 を算出する
ステップと、平面状のパッチ及び地導体を備えたマイク
ロストリップアンテナの内部に蓄えられるエネルギーＷ
t を算出するステップと、請求項１記載の式（１）に基
づいて動作周波数を算出するステップと、式（１）に基
づいて算出された動作周波数と所望の動作周波数とを比
較するステップと、式（１）に基づいて算出された動作
周波数と所望の動作周波数とが一致しない場合、両者の
値が一致するように開口部の半径ｒ0 、若しくは形成位
置の少なくとも一方を適宜変更するステップとを備える
ものである。
【００２０】この発明に係るマイクロストリップアンテ
ナの設計方法は、平面状のパッチ及び地導体を備えたマ
イクロストリップアンテナの動作周波数ｆ0 を算出する
ステップと、平面状のパッチ及び地導体を備えたマイク
ロストリップアンテナの内部に蓄えられるエネルギーＷ
t を算出するステップと、全ての開口部からの放射損Ｐ
L を算出するステップと、請求項５記載の式（２）に基
づいて動作周波数を算出するステップと、式（２）に基
づいて算出された動作周波数と所望の動作周波数とを比
較するステップと、式（２）に基づいて算出された動作
周波数と所望の動作周波数とが一致しない場合、両者の
値が一致するように開口部の形状、大きさ、及び形成位
置の少なくとも一つを適宜変更するステップとを備える
ものである。
ナの設計方法は、平面状のパッチ及び地導体を備えたマ
イクロストリップアンテナの動作周波数ｆ0 を算出する
ステップと、平面状のパッチ及び地導体を備えたマイク
ロストリップアンテナの内部に蓄えられるエネルギーＷ
t を算出するステップと、全ての開口部からの放射損Ｐ
L を算出するステップと、請求項５記載の式（２）に基
づいて動作周波数を算出するステップと、式（２）に基
づいて算出された動作周波数と所望の動作周波数とを比
較するステップと、式（２）に基づいて算出された動作
周波数と所望の動作周波数とが一致しない場合、両者の
値が一致するように開口部の形状、大きさ、及び形成位
置の少なくとも一つを適宜変更するステップとを備える
ものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１によるマ
イクロストリップアンテナを示す図であり、（ａ）は斜
視図、（ｂ）はマイクロストリップアンテナの下面に形
成された地導体の一部を拡大した図である。図におい
て、１は金属導体の薄膜から構成されるパッチであり、
図示の例では半径ａの円形パッチとする。２は厚さｈ、
誘電率εγの誘電体基板、３は誘電体基板２に下面に形
成された地導体（メッシュ状地導体）で、（ｂ）に示す
ようなメッシュ構造を有している。４は地導体３に形成
されたメッシュの開口部であり、図示の例では半径ｒ0
の円形とみなしている。上記円形のパッチ１とメッシュ
状の地導体との間に誘電体基板２を介装してマイクロス
トリップアンテナが構成される。
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１によるマ
イクロストリップアンテナを示す図であり、（ａ）は斜
視図、（ｂ）はマイクロストリップアンテナの下面に形
成された地導体の一部を拡大した図である。図におい
て、１は金属導体の薄膜から構成されるパッチであり、
図示の例では半径ａの円形パッチとする。２は厚さｈ、
誘電率εγの誘電体基板、３は誘電体基板２に下面に形
成された地導体（メッシュ状地導体）で、（ｂ）に示す
ようなメッシュ構造を有している。４は地導体３に形成
されたメッシュの開口部であり、図示の例では半径ｒ0
の円形とみなしている。上記円形のパッチ１とメッシュ
状の地導体との間に誘電体基板２を介装してマイクロス
トリップアンテナが構成される。
【００２２】次に概要について説明する。本願発明の目
的は所望の周波数で動作するメッシュ構造を有するマイ
クロストリップアンテナを得ることにある。そこで、こ
こでは所望の動作周波数を有するようにメッシュ構造を
有するマイクロストリップアンテナを設計する手順につ
いて説明する。この実施の形態１によるマイクロストリ
ップアンテナではＦＤＴＤ法などの数値解析を行わずに
以下に示す式（１）に基づいてメッシュ構造の設計を行
い、マイクロストリップアンテナの動作周波数を決定す
る。ここで、式（１）はメッシュ構造を有するマイクロ
ストリップアンテナを所望の周波数で動作させるために
導かれたものである。具体的には本願発明者が研究解析
を行った結果、メッシュ構造を有するマイクロストリッ
プアンテナの動作周波数ｆが、平面状のパッチ及び地導
体を備えたマイクロストリップアンテナの動作周波数ｆ
0 、その内部に蓄えられるエネルギーＷt 、及びメッシ
ュ構造の開口部の形成位置における電磁界分布を考慮し
た補正項（MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ0（ｘm ，ｙm ）｜
2 ／３−ε・ｒ0 3・｜Ｅ0 （ｘm ，ｙm ）｜2 ／６）を
用いて近似することができることを見出し導出されたも
のである。
的は所望の周波数で動作するメッシュ構造を有するマイ
クロストリップアンテナを得ることにある。そこで、こ
こでは所望の動作周波数を有するようにメッシュ構造を
有するマイクロストリップアンテナを設計する手順につ
いて説明する。この実施の形態１によるマイクロストリ
ップアンテナではＦＤＴＤ法などの数値解析を行わずに
以下に示す式（１）に基づいてメッシュ構造の設計を行
い、マイクロストリップアンテナの動作周波数を決定す
る。ここで、式（１）はメッシュ構造を有するマイクロ
ストリップアンテナを所望の周波数で動作させるために
導かれたものである。具体的には本願発明者が研究解析
を行った結果、メッシュ構造を有するマイクロストリッ
プアンテナの動作周波数ｆが、平面状のパッチ及び地導
体を備えたマイクロストリップアンテナの動作周波数ｆ
0 、その内部に蓄えられるエネルギーＷt 、及びメッシ
ュ構造の開口部の形成位置における電磁界分布を考慮し
た補正項（MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ0（ｘm ，ｙm ）｜
2 ／３−ε・ｒ0 3・｜Ｅ0 （ｘm ，ｙm ）｜2 ／６）を
用いて近似することができることを見出し導出されたも
のである。
【００２３】 ｆ＝ｆ0 ・Ｗt ／［Ｗt ＋MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ0 （ｘm ，ｙm ）｜2 ／３ −ε・ｒ0 3・｜Ｅ0 （ｘm ，ｙm ）｜2 ／６］ ・・・（１） ｒ0 はメッシュの複数の開口部を全て同一の円形と仮定
した場合における開口部の半径、ｆ0 は平面状のパッチ
及び地導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定
して算出した動作周波数、Ｗt は平面状のパッチ及び地
導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定して算
出したマイクロストリップアンテナ内部に蓄えられるエ
ネルギー、Ｍは開口部の個数、（ｘm ，ｙm ）は開口部
の中心位置の座標、Ｈ0 （ｘm ，ｙm ）は開口部の中心
位置の座標（ｘm ，ｙm ）における磁界、Ｅ0 （ｘm ，
ｙm ）は開口部の中心位置の座標（ｘm ，ｙm ）におけ
る電界、μ及びεはそれぞれ平面状のパッチ及び地導体
を備えたマイクロストリップアンテナを仮定して算出し
たマイクロストリップアンテナ内部の透磁率、誘電率で
ある。なお、上記式（１）中の記号MΣm=1は、添え字ｍ
を有する要素のｍ＝１〜Ｍにおける和を表すものであ
り、該記号は電子出願にて使用することができないため
に通常の記載と異なっている。
した場合における開口部の半径、ｆ0 は平面状のパッチ
及び地導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定
して算出した動作周波数、Ｗt は平面状のパッチ及び地
導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定して算
出したマイクロストリップアンテナ内部に蓄えられるエ
ネルギー、Ｍは開口部の個数、（ｘm ，ｙm ）は開口部
の中心位置の座標、Ｈ0 （ｘm ，ｙm ）は開口部の中心
位置の座標（ｘm ，ｙm ）における磁界、Ｅ0 （ｘm ，
ｙm ）は開口部の中心位置の座標（ｘm ，ｙm ）におけ
る電界、μ及びεはそれぞれ平面状のパッチ及び地導体
を備えたマイクロストリップアンテナを仮定して算出し
たマイクロストリップアンテナ内部の透磁率、誘電率で
ある。なお、上記式（１）中の記号MΣm=1は、添え字ｍ
を有する要素のｍ＝１〜Ｍにおける和を表すものであ
り、該記号は電子出願にて使用することができないため
に通常の記載と異なっている。
【００２４】ここで、上記マイクロストリップアンテナ
の動作周波数を決定する動作を説明する前に動作周波数
の解析に使用するキャビティモデルについて説明する。
図２は円形パッチを有するマイクロストリップアンテナ
の解析モデルを示す斜視図である。図において、円形パ
ッチの半径をａ、厚さｈで誘電率εγである誘電体基
板、及び均一な平面状の地導体を備えたマイクロストリ
ップアンテナを仮定している。また、円形パッチの中心
を原点として直交座標系のｘｙｚ軸及び極座標系のＰ
（Ｒ，θ，φ）を示し、直交座標のｘ軸上には給電点Ｆ
（同軸線などにより給電する）が設けられている。
の動作周波数を決定する動作を説明する前に動作周波数
の解析に使用するキャビティモデルについて説明する。
図２は円形パッチを有するマイクロストリップアンテナ
の解析モデルを示す斜視図である。図において、円形パ
ッチの半径をａ、厚さｈで誘電率εγである誘電体基
板、及び均一な平面状の地導体を備えたマイクロストリ
ップアンテナを仮定している。また、円形パッチの中心
を原点として直交座標系のｘｙｚ軸及び極座標系のＰ
（Ｒ，θ，φ）を示し、直交座標のｘ軸上には給電点Ｆ
（同軸線などにより給電する）が設けられている。
【００２５】誘電体基板の厚さｈと伝搬波長λとがｈ＜
＜λなる関係にあるとき、このマイクロストリップアン
テナにはＴＭ波が励振される。ここで、円柱座標系
（ρ，φ，ｚ）における波動方程式は下記式のようにな
る。 （１／ρ）・∂（ρ・∂Ｅz ／∂ρ）／∂ρ＋（１／ρ2 ）・∂2 Ｅz ／∂ φ2 ＋ｋc 2・Ｅz ＝０ ・・・（４） ｋc 2＝（ｋ2 ＋γ2 ）＝｛ω2 ・ε・μ−（２π／λg ）2 ｝ 電界のＥz 成分をＥz ＝Ｒ（ρ）Φ（φ）と変数分離し
て、これを式（４）に代入すると下記の式を与える。 （ρ2 ／Ｒ）・（ｄ2 Ｒ／ｄρ2 ）＋（ρ／Ｒ）・（ｄＲ／ｄρ）＋ρ2 ・ ｋc 2＋（１／Φ）・（ｄ2 Φ／ｄΦ2 ）＝０ ・・・（５） ｎを定数として式（５）を下記のように変数分離する。 （ρ2 ／Ｒ）・（ｄ2 Ｒ／ｄρ2 ）＋（ρ／Ｒ）・（ｄＲ／ｄρ）＋ρ2 ・ｋc 2 ＝ｎ2 ・・・（６） （１／Φ）・（ｄ2 Φ／ｄΦ2 ）＝−ｎ2 ・・・（７）
＜λなる関係にあるとき、このマイクロストリップアン
テナにはＴＭ波が励振される。ここで、円柱座標系
（ρ，φ，ｚ）における波動方程式は下記式のようにな
る。 （１／ρ）・∂（ρ・∂Ｅz ／∂ρ）／∂ρ＋（１／ρ2 ）・∂2 Ｅz ／∂ φ2 ＋ｋc 2・Ｅz ＝０ ・・・（４） ｋc 2＝（ｋ2 ＋γ2 ）＝｛ω2 ・ε・μ−（２π／λg ）2 ｝ 電界のＥz 成分をＥz ＝Ｒ（ρ）Φ（φ）と変数分離し
て、これを式（４）に代入すると下記の式を与える。 （ρ2 ／Ｒ）・（ｄ2 Ｒ／ｄρ2 ）＋（ρ／Ｒ）・（ｄＲ／ｄρ）＋ρ2 ・ ｋc 2＋（１／Φ）・（ｄ2 Φ／ｄΦ2 ）＝０ ・・・（５） ｎを定数として式（５）を下記のように変数分離する。 （ρ2 ／Ｒ）・（ｄ2 Ｒ／ｄρ2 ）＋（ρ／Ｒ）・（ｄＲ／ｄρ）＋ρ2 ・ｋc 2 ＝ｎ2 ・・・（６） （１／Φ）・（ｄ2 Φ／ｄΦ2 ）＝−ｎ2 ・・・（７）
【００２６】式（６）を変形すると下記式が得られる。 ｄ2 Ｒ／ｄρ2 ＋（１／ρ）・（ｄＲ／ｄρ）＋Ｒ・（ｋc 2−ｎ2 ／ρ2 ）＝ ０ ・・・（８） ベッセルの微分方程式である式（８）の解は、Ａ1 ，Ａ
2 を定数とすると下記式のようになる。 Ｒ＝Ａ1 ・Ｊn （ｋc ・ρ）＋Ａ2 ・Ｎn （ｋc ・ρ） ・・・（９） 第２項のノイマン関数Ｎn （ｋc ・ρ）は、ρ→０でＮ
n （０）→−∞となるので、Ｒの有意な解は下記式で表
される。 Ｒ＝Ａ・Ｊn （ｋc ・ρ） ・・・（１０） Ａは任意定数である。式（７）は単振動を表す式である
ので、Ｂ1 ，Ｂ2 及びＢを任意定数とすると下記式のよ
うに表される。 Φ＝Ｂ1 ・ｃｏｓ（ｎφ）＋Ｂ2 ｓｉｎ（ｎφ）＝Ｂ・ｃｏｓｎ（φ−φ0 ） ・・・（１１）
2 を定数とすると下記式のようになる。 Ｒ＝Ａ1 ・Ｊn （ｋc ・ρ）＋Ａ2 ・Ｎn （ｋc ・ρ） ・・・（９） 第２項のノイマン関数Ｎn （ｋc ・ρ）は、ρ→０でＮ
n （０）→−∞となるので、Ｒの有意な解は下記式で表
される。 Ｒ＝Ａ・Ｊn （ｋc ・ρ） ・・・（１０） Ａは任意定数である。式（７）は単振動を表す式である
ので、Ｂ1 ，Ｂ2 及びＢを任意定数とすると下記式のよ
うに表される。 Φ＝Ｂ1 ・ｃｏｓ（ｎφ）＋Ｂ2 ｓｉｎ（ｎφ）＝Ｂ・ｃｏｓｎ（φ−φ0 ） ・・・（１１）
【００２７】φの基準値に対応する値φ0 を給電点Ｆの
位置、即ち、ｘ軸上にとるとφ0 を零とすることができ
る。これにより、Φ＝Ｂｃｏｓ（ｎφ）となる。以上よ
り、波動方程式（４）の解はＥ0 を定数とすれば下記式
で表される。 Ｅz ＝Ｅ0 ・Ｊn （ｋc ・ρ）・ｃｏｓ（ｎφ） ・・・（１２） 次に境界条件について述べると、通常、円形マイクロス
トリップアンテナの開放境界（ρ＝ａ）においては磁気
壁が仮定される。これにより境界条件は、 （∂Ｅz ／∂ρ）｜ρ=a＝０ ・・・（１３） となる。この式（１３）と式（１２）とから下記式が得
られる。 Ｊn’（ｋc・ａ）＝０ ・・・（１４） Ｊn’（ｋc・ａ）のｍ番目の根をρmn’とすると式（１
４）は次式で表示される。 （ｋc・ａ）＝ρmn’ ・・・（１５） 通常のマイクロストリップアンテナにおいて、誘電体基
板の厚さｈと伝搬波長λとは、ｈ＜＜λの関係があり、
γが零に近づくことから、ｋc ＝ｋ＝ｋ0 √ε
γ（ｋ0 ：自由空間の波数）とみなせる。
位置、即ち、ｘ軸上にとるとφ0 を零とすることができ
る。これにより、Φ＝Ｂｃｏｓ（ｎφ）となる。以上よ
り、波動方程式（４）の解はＥ0 を定数とすれば下記式
で表される。 Ｅz ＝Ｅ0 ・Ｊn （ｋc ・ρ）・ｃｏｓ（ｎφ） ・・・（１２） 次に境界条件について述べると、通常、円形マイクロス
トリップアンテナの開放境界（ρ＝ａ）においては磁気
壁が仮定される。これにより境界条件は、 （∂Ｅz ／∂ρ）｜ρ=a＝０ ・・・（１３） となる。この式（１３）と式（１２）とから下記式が得
られる。 Ｊn’（ｋc・ａ）＝０ ・・・（１４） Ｊn’（ｋc・ａ）のｍ番目の根をρmn’とすると式（１
４）は次式で表示される。 （ｋc・ａ）＝ρmn’ ・・・（１５） 通常のマイクロストリップアンテナにおいて、誘電体基
板の厚さｈと伝搬波長λとは、ｈ＜＜λの関係があり、
γが零に近づくことから、ｋc ＝ｋ＝ｋ0 √ε
γ（ｋ0 ：自由空間の波数）とみなせる。
【００２８】次にマクスウェル方程式から他の内部電磁
界は下記式のように求まる。 Ｈρ＝−｛ｊ／（ω・μ）｝・（１／ρ）・∂Ｅz ／∂φ ・・・（１６ ） Ｈφ＝−｛ｊ／（ω・μ）｝・∂Ｅz ／∂ρ ・・・（１７） 上記式（１２）、式（１６）、及び式（１７）に示す内
部電磁界をまとめて示すと、 Ｅz ＝Ｅ0 ・Ｊn （ｋ・ρ）・ｃｏｓ（ｎφ） ・・・（１８） Ｈρ＝−｛ｊ・ｎ／（ω・μ・ρ）｝・Ｅ0 ・Ｊn （ｋ・ρ）・ｓｉｎ（ｎφ ） ・・・（１９） Ｈφ＝−｛ｊ・ｋ／（ω・μ）｝・Ｅ0 ・Ｊn’（ｋ・ρ）・ｃｏｓ（ｎφ） ・・・（２０） 本願発明のキャビティモデルは、上記式（１８）から式
（２０）に示すモード関数に規定されるマイクロストリ
ップアンテナの解析モデルを用いている。
界は下記式のように求まる。 Ｈρ＝−｛ｊ／（ω・μ）｝・（１／ρ）・∂Ｅz ／∂φ ・・・（１６ ） Ｈφ＝−｛ｊ／（ω・μ）｝・∂Ｅz ／∂ρ ・・・（１７） 上記式（１２）、式（１６）、及び式（１７）に示す内
部電磁界をまとめて示すと、 Ｅz ＝Ｅ0 ・Ｊn （ｋ・ρ）・ｃｏｓ（ｎφ） ・・・（１８） Ｈρ＝−｛ｊ・ｎ／（ω・μ・ρ）｝・Ｅ0 ・Ｊn （ｋ・ρ）・ｓｉｎ（ｎφ ） ・・・（１９） Ｈφ＝−｛ｊ・ｋ／（ω・μ）｝・Ｅ0 ・Ｊn’（ｋ・ρ）・ｃｏｓ（ｎφ） ・・・（２０） 本願発明のキャビティモデルは、上記式（１８）から式
（２０）に示すモード関数に規定されるマイクロストリ
ップアンテナの解析モデルを用いている。
【００２９】ここで、最低次モード（主モード）である
ＴＭ110 波における内部電磁界を上記式（１８）から式
（２０）より求めると下記のようになる。 Ｅz ＝Ｅ0 ・Ｊ1 （ｋ・ρ）・ｃｏｓφ ・・・（２１） Ｈρ＝−ｊ／（ω・μ・ρ）・Ｅ0 ・Ｊ1 （ｋ・ρ）・ｓｉｎφ ・・・（２２） Ｈφ＝−｛ｊ・ｋ／（ω・μ）｝・Ｅ0 ・Ｊ1’（ｋ・ρ）・ｃｏｓφ ・・・（２３） Ｅρ＝Ｅφ＝Ｈz ＝０ ・・・（２４） 図３は上記式（２１）〜式（２４）で表されるＴＭ110
モードの電磁界分布を示す図で、上方は円形パッチの上
面図、その下方は縦断面図である。図において、Ｆは給
電点であり、実線で示したものが電気力線、破線が磁力
線である。また、○内に×をつけた符号は紙面方向に向
かっている電気力線若しくは磁力線を示し、○内に●を
つけた符号はその逆方向に向かっている電気力線若しく
は磁力線を示している。図のように給電点Ｆの位置を決
定することで（図示の例ではｘ軸上）、マイクロストリ
ップアンテナの内部に発生する磁力線がｙ軸に周辺で最
も密になり、ｙ軸から離れるにつれて疎になっている。
このようにキャビティモデルにおいて給電点の位置を決
定することで、マイクロストリップアンテナの内部に発
生する磁界の大小位置は一義的に決定される。また、動
作周波数ｆ0 は式（１５）から求まり、光速をＣとして
下記式で表される。 ｆ0 ＝ρmn’・Ｃ／（２π・ａ・√εγ） ・・・（２５） この式（２５）による動作周波数において、フリンジン
グ効果を考慮する場合はパッチ半径ａに関する補正式に
て補正を行う。また、内部に蓄積されるエネルギーＷt
は、電気的蓄積エネルギーＷe と磁気的蓄積エネルギー
Ｗm とからなる。電気的蓄積エネルギーＷe 及び磁気的
蓄積エネルギーＷm は上記キャビティモデルの内部電磁
界から算出することができる。これより、内部に蓄積さ
れるエネルギーＷt は、キャビティモデルの上記式（２
１）〜式（２４）で求められる内部電磁界を代入するこ
とで容易に算出することができる。
ＴＭ110 波における内部電磁界を上記式（１８）から式
（２０）より求めると下記のようになる。 Ｅz ＝Ｅ0 ・Ｊ1 （ｋ・ρ）・ｃｏｓφ ・・・（２１） Ｈρ＝−ｊ／（ω・μ・ρ）・Ｅ0 ・Ｊ1 （ｋ・ρ）・ｓｉｎφ ・・・（２２） Ｈφ＝−｛ｊ・ｋ／（ω・μ）｝・Ｅ0 ・Ｊ1’（ｋ・ρ）・ｃｏｓφ ・・・（２３） Ｅρ＝Ｅφ＝Ｈz ＝０ ・・・（２４） 図３は上記式（２１）〜式（２４）で表されるＴＭ110
モードの電磁界分布を示す図で、上方は円形パッチの上
面図、その下方は縦断面図である。図において、Ｆは給
電点であり、実線で示したものが電気力線、破線が磁力
線である。また、○内に×をつけた符号は紙面方向に向
かっている電気力線若しくは磁力線を示し、○内に●を
つけた符号はその逆方向に向かっている電気力線若しく
は磁力線を示している。図のように給電点Ｆの位置を決
定することで（図示の例ではｘ軸上）、マイクロストリ
ップアンテナの内部に発生する磁力線がｙ軸に周辺で最
も密になり、ｙ軸から離れるにつれて疎になっている。
このようにキャビティモデルにおいて給電点の位置を決
定することで、マイクロストリップアンテナの内部に発
生する磁界の大小位置は一義的に決定される。また、動
作周波数ｆ0 は式（１５）から求まり、光速をＣとして
下記式で表される。 ｆ0 ＝ρmn’・Ｃ／（２π・ａ・√εγ） ・・・（２５） この式（２５）による動作周波数において、フリンジン
グ効果を考慮する場合はパッチ半径ａに関する補正式に
て補正を行う。また、内部に蓄積されるエネルギーＷt
は、電気的蓄積エネルギーＷe と磁気的蓄積エネルギー
Ｗm とからなる。電気的蓄積エネルギーＷe 及び磁気的
蓄積エネルギーＷm は上記キャビティモデルの内部電磁
界から算出することができる。これより、内部に蓄積さ
れるエネルギーＷt は、キャビティモデルの上記式（２
１）〜式（２４）で求められる内部電磁界を代入するこ
とで容易に算出することができる。
【００３０】図４はこの実施の形態１によるマイクロス
トリップアンテナの動作周波数を決定する手順を示すフ
ローチャートである。この図４に沿って説明すると、先
ず、上記キャビティモデルから求められた上記式（２
５）から、動作周波数ｆ0 を算出する。このとき、上記
動作周波数ｆ0 が所望の動作周波数より高くなるように
パッチの半径ａなどのパラメータの値を固定する。この
動作周波数ｆ0 は、内部に蓄積されるエネルギーＷt と
メッシュ構造の開口部の形成位置における電磁界分布を
考慮した補正項とによって所望の動作周波数に一致させ
ることができる範囲内の値に設定される（ステップＳＴ
１）。上記範囲は実際にマイクロストリップアンテナを
作成する過程において、例えば変更して設定した開口部
４の大きさが作成可能な範囲内で一致するように設定す
る。
トリップアンテナの動作周波数を決定する手順を示すフ
ローチャートである。この図４に沿って説明すると、先
ず、上記キャビティモデルから求められた上記式（２
５）から、動作周波数ｆ0 を算出する。このとき、上記
動作周波数ｆ0 が所望の動作周波数より高くなるように
パッチの半径ａなどのパラメータの値を固定する。この
動作周波数ｆ0 は、内部に蓄積されるエネルギーＷt と
メッシュ構造の開口部の形成位置における電磁界分布を
考慮した補正項とによって所望の動作周波数に一致させ
ることができる範囲内の値に設定される（ステップＳＴ
１）。上記範囲は実際にマイクロストリップアンテナを
作成する過程において、例えば変更して設定した開口部
４の大きさが作成可能な範囲内で一致するように設定す
る。
【００３１】次にステップＳＴ１と同様に、キャビティ
モデルから導かれた内部電磁界の関係式（２１）〜（２
４）を用いて、その内部に蓄えられるエネルギーＷt を
算出する（ステップＳＴ２）。この後、上記のようにし
て算出された動作周波数ｆ0と内部に蓄積されるエネル
ギーＷt とを式（１）に代入してメッシュ構造を有する
マイクロストリップアンテナの動作周波数を算出する
（ステップＳＴ３）。
モデルから導かれた内部電磁界の関係式（２１）〜（２
４）を用いて、その内部に蓄えられるエネルギーＷt を
算出する（ステップＳＴ２）。この後、上記のようにし
て算出された動作周波数ｆ0と内部に蓄積されるエネル
ギーＷt とを式（１）に代入してメッシュ構造を有する
マイクロストリップアンテナの動作周波数を算出する
（ステップＳＴ３）。
【００３２】ステップＳＴ４にて式（１）から求められ
た動作周波数と所望の動作周波数との比較を行い、両者
が一致した場合は決定作業を終了し現条件にてメッシュ
構造を設計してマイクロストリップアンテナを作成す
る。また、両者が一致していなかった場合はステップＳ
Ｔ５に進み、メッシュの開口部４の形成位置を変更す
る。この変更は式（１）から求めた動作周波数が所望の
動作周波数より高いときには、例えばマイクロストリッ
プアンテナ内部に形成される磁界が大きい位置と開口部
４とが重なるように配置する。これにより、メッシュ構
造の開口部の形成位置における電磁界分布を考慮した補
正項（MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ0（ｘm，ｙm）｜2／３−
ε・ｒ0 3・｜Ｅ0（ｘm，ｙm）｜2／６）における｜Ｈ0
（ｘm，ｙm）｜の値が大きくなり、式（１）から求める
動作周波数の値が減少する。反対に式（１）から求めた
動作周波数が所望の動作周波数より低いときには、磁界
が小さい位置と開口部４とが重なるように配置する。
た動作周波数と所望の動作周波数との比較を行い、両者
が一致した場合は決定作業を終了し現条件にてメッシュ
構造を設計してマイクロストリップアンテナを作成す
る。また、両者が一致していなかった場合はステップＳ
Ｔ５に進み、メッシュの開口部４の形成位置を変更す
る。この変更は式（１）から求めた動作周波数が所望の
動作周波数より高いときには、例えばマイクロストリッ
プアンテナ内部に形成される磁界が大きい位置と開口部
４とが重なるように配置する。これにより、メッシュ構
造の開口部の形成位置における電磁界分布を考慮した補
正項（MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ0（ｘm，ｙm）｜2／３−
ε・ｒ0 3・｜Ｅ0（ｘm，ｙm）｜2／６）における｜Ｈ0
（ｘm，ｙm）｜の値が大きくなり、式（１）から求める
動作周波数の値が減少する。反対に式（１）から求めた
動作周波数が所望の動作周波数より低いときには、磁界
が小さい位置と開口部４とが重なるように配置する。
【００３３】このステップＳＴ５の動作は、式（１）か
ら求めた動作周波数が所望の動作周波数と一致するまで
繰り返し行う。このようにして共振周波数の低下を抑制
しながら、所望の周波数で動作するようにメッシュ構造
を設計することができる。図５は開口部の位置を変化さ
せた場合の動作周波数を式（１）により計算した値を示
すグラフ図である。図において、計算値は開口部４の半
径をｒ0 固定とし、開口部４間のピッチ、即ち図１
（ｂ）のｄｘを徐々に変化させていったときの動作周波
数を示しており、比較のために従来使用されていたＦＤ
ＴＤ法による結果もプロットしている。図５から式
（１）による値とＦＤＴＤ法による値とは、同様な傾向
で変化し最大で３．８％程度の誤差はあったが、ほぼ一
致した値を示している。この図５における式（１）の値
は、単に開口部４のピッチｄｘを変化させただけのもの
であるが、上記したように開口部４を磁界の大小位置に
対してもっと厳密に配置してやれば、当然上記誤差は減
少し、ＦＤＴＤ法による値とより良い一致を示すことは
いうまでもない。このように式（１）はマイクロストリ
ップアンテナの動作周波数の決定に有効な関係式である
ことがわかる。
ら求めた動作周波数が所望の動作周波数と一致するまで
繰り返し行う。このようにして共振周波数の低下を抑制
しながら、所望の周波数で動作するようにメッシュ構造
を設計することができる。図５は開口部の位置を変化さ
せた場合の動作周波数を式（１）により計算した値を示
すグラフ図である。図において、計算値は開口部４の半
径をｒ0 固定とし、開口部４間のピッチ、即ち図１
（ｂ）のｄｘを徐々に変化させていったときの動作周波
数を示しており、比較のために従来使用されていたＦＤ
ＴＤ法による結果もプロットしている。図５から式
（１）による値とＦＤＴＤ法による値とは、同様な傾向
で変化し最大で３．８％程度の誤差はあったが、ほぼ一
致した値を示している。この図５における式（１）の値
は、単に開口部４のピッチｄｘを変化させただけのもの
であるが、上記したように開口部４を磁界の大小位置に
対してもっと厳密に配置してやれば、当然上記誤差は減
少し、ＦＤＴＤ法による値とより良い一致を示すことは
いうまでもない。このように式（１）はマイクロストリ
ップアンテナの動作周波数の決定に有効な関係式である
ことがわかる。
【００３４】次に実施の形態１によるマイクロストリッ
プアンテナの動作周波数を決定する他の手順について説
明する。図６はこの発明の実施の形態１によるマイクロ
ストリップアンテナの動作周波数を決定する他の手順を
示すフローチャートである。図において、上記キャビテ
ィモデルから動作周波数ｆ0 及び内部に蓄積されるエネ
ルギーＷt を算出する過程（ステップＳＴ１、ステップ
ＳＴ２）、これら動作周波数ｆ0 と内部に蓄積されるエ
ネルギーＷt とから式（１）に従ってメッシュ構造を有
するマイクロストリップアンテナの動作周波数を算出す
る過程（ステップＳＴ３）、及び式（１）から算出され
た動作周波数ｆと所望の動作周波数とが一致するかどう
か比較する過程（ステップＳＴ４）は、上記したものと
同様であるので重複する説明を省略する。
プアンテナの動作周波数を決定する他の手順について説
明する。図６はこの発明の実施の形態１によるマイクロ
ストリップアンテナの動作周波数を決定する他の手順を
示すフローチャートである。図において、上記キャビテ
ィモデルから動作周波数ｆ0 及び内部に蓄積されるエネ
ルギーＷt を算出する過程（ステップＳＴ１、ステップ
ＳＴ２）、これら動作周波数ｆ0 と内部に蓄積されるエ
ネルギーＷt とから式（１）に従ってメッシュ構造を有
するマイクロストリップアンテナの動作周波数を算出す
る過程（ステップＳＴ３）、及び式（１）から算出され
た動作周波数ｆと所望の動作周波数とが一致するかどう
か比較する過程（ステップＳＴ４）は、上記したものと
同様であるので重複する説明を省略する。
【００３５】ステップＳＴ４において、式（１）から算
出された動作周波数ｆと所望の動作周波数とが一致して
いないと判断された場合は、ステップＳＴ６に進む。こ
のステップＳＴ６では、式（１）から算出された動作周
波数ｆが所望の動作周波数より高いときには、メッシュ
の開口部の半径ｒ0 を大きくする。これにより、電磁界
分布に関する補正項の値が大きくなるので、動作周波数
ｆ0 にかけられる内部に蓄積されるエネルギーＷt と補
正項からなる係数の値が小さくなり、式（１）から算出
される動作周波数ｆが小さくなって所望の動作周波数に
近づくようになる。また、これとは反対の理由で、式
（１）から算出された動作周波数ｆが所望の動作周波数
より低いときにはメッシュの開口部の半径ｒ0 を小さく
して、動作周波数ｆを所望の周波数に近づける。これら
ステップＳＴ３〜ステップＳＴ６の動作は動作周波数ｆ
が所望の動作周波数と一致するまで繰り返し行われる。
これにより、メッシュ構造を有するマイクロストリップ
アンテナを所望の周波数で動作させることができる。
出された動作周波数ｆと所望の動作周波数とが一致して
いないと判断された場合は、ステップＳＴ６に進む。こ
のステップＳＴ６では、式（１）から算出された動作周
波数ｆが所望の動作周波数より高いときには、メッシュ
の開口部の半径ｒ0 を大きくする。これにより、電磁界
分布に関する補正項の値が大きくなるので、動作周波数
ｆ0 にかけられる内部に蓄積されるエネルギーＷt と補
正項からなる係数の値が小さくなり、式（１）から算出
される動作周波数ｆが小さくなって所望の動作周波数に
近づくようになる。また、これとは反対の理由で、式
（１）から算出された動作周波数ｆが所望の動作周波数
より低いときにはメッシュの開口部の半径ｒ0 を小さく
して、動作周波数ｆを所望の周波数に近づける。これら
ステップＳＴ３〜ステップＳＴ６の動作は動作周波数ｆ
が所望の動作周波数と一致するまで繰り返し行われる。
これにより、メッシュ構造を有するマイクロストリップ
アンテナを所望の周波数で動作させることができる。
【００３６】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、所望の動作周波数に式（１）に基づいて算出した動
作周波数ｆが一致するように式（１）の構成要素の値
を、メッシュ状地導体３の開口部４の半径ｒ0 、若しく
は形成位置の少なくとも一方を適宜変更して設定するの
で、メッシュ状の地導体３を形成しても共振周波数の低
下が抑制されて所望の周波数で動作するマイクロストリ
ップアンテナを得ることができる。また、平板状のパッ
チ及び地導体を有するマイクロストリップアンテナを仮
定した単純な構造のキャビティモデルを使用し、さらに
式（１）は誘電体基板２の厚さｈや開口部４の形成位置
などをパラメータとして有する代数的に簡潔な式である
ので、計算によって得られるデータ量も従来のＦＤＴＤ
法と比較して少なく、且つ、複雑な構造を考慮する必要
もないので容易に設計することができる。これにより、
数値解析に莫大な計算時間や高価で高性能の計算機資源
を必要とすることがなく、一般的なパソコンなどで解析
することが可能であるので、従来と比較してマイクロス
トリップアンテナの設計にかかるコストを低減すること
もできる。
ば、所望の動作周波数に式（１）に基づいて算出した動
作周波数ｆが一致するように式（１）の構成要素の値
を、メッシュ状地導体３の開口部４の半径ｒ0 、若しく
は形成位置の少なくとも一方を適宜変更して設定するの
で、メッシュ状の地導体３を形成しても共振周波数の低
下が抑制されて所望の周波数で動作するマイクロストリ
ップアンテナを得ることができる。また、平板状のパッ
チ及び地導体を有するマイクロストリップアンテナを仮
定した単純な構造のキャビティモデルを使用し、さらに
式（１）は誘電体基板２の厚さｈや開口部４の形成位置
などをパラメータとして有する代数的に簡潔な式である
ので、計算によって得られるデータ量も従来のＦＤＴＤ
法と比較して少なく、且つ、複雑な構造を考慮する必要
もないので容易に設計することができる。これにより、
数値解析に莫大な計算時間や高価で高性能の計算機資源
を必要とすることがなく、一般的なパソコンなどで解析
することが可能であるので、従来と比較してマイクロス
トリップアンテナの設計にかかるコストを低減すること
もできる。
【００３７】なお、上記実施の形態では地導体にメッシ
ュ構造を設けたものについて示したが、パッチにメッシ
ュ構造を設けても上記と同様の効果を奏するので以下に
説明する。
ュ構造を設けたものについて示したが、パッチにメッシ
ュ構造を設けても上記と同様の効果を奏するので以下に
説明する。
【００３８】図７はこの発明の実施の形態１によるマイ
クロストリップアンテナにメッシュ状パッチを設けた例
を示す斜視図である。図において、５は金属導体からな
る半径ａの円形パッチ（メッシュ状パッチ）であり、メ
ッシュ構造が設けられている。６は金属導体からなる平
面状の地導体である。なお、図１（ａ）と同一構成要素
には同一符号を付し重複する説明を省略する。
クロストリップアンテナにメッシュ状パッチを設けた例
を示す斜視図である。図において、５は金属導体からな
る半径ａの円形パッチ（メッシュ状パッチ）であり、メ
ッシュ構造が設けられている。６は金属導体からなる平
面状の地導体である。なお、図１（ａ）と同一構成要素
には同一符号を付し重複する説明を省略する。
【００３９】次に概要について説明する。図７に示すよ
うに、円形パッチにメッシュ構造を設けたマイクロスト
リップアンテナも式（１）を用いることができる。これ
は、マイクロストリップアンテナの動作周波数を決定に
おいてモデル化されるのは、パッチ５と地導体６とに挟
まれた誘電体基板によって構成される部分（図示の例で
は円形パッチ５と地導体６とを上底面として定義される
円柱部分）である。この円柱部分は、単に誘電体基板が
２つの金属導体に挟まれた構造であり、メッシュ構造を
パッチか地導体のどちらに設けるかということによって
有意な差を与えるものではない。これにより、パッチ５
にメッシュ構造を設けた場合においても式（１）を使用
することができる。具体的には、式（１）に基づいてマ
イクロストリップアンテナの動作周波数を決定する手順
において、パッチ５に設けたメッシュの開口部の諸元を
変更する以外は、上記実施の形態と同様の手順で行うこ
とができる。これにより、上記と同様の効果を奏すると
共に、メッシュ状のパッチ５を形成しても共振周波数の
低下が抑制されて所望の周波数で動作するマイクロスト
リップアンテナを得ることができる。
うに、円形パッチにメッシュ構造を設けたマイクロスト
リップアンテナも式（１）を用いることができる。これ
は、マイクロストリップアンテナの動作周波数を決定に
おいてモデル化されるのは、パッチ５と地導体６とに挟
まれた誘電体基板によって構成される部分（図示の例で
は円形パッチ５と地導体６とを上底面として定義される
円柱部分）である。この円柱部分は、単に誘電体基板が
２つの金属導体に挟まれた構造であり、メッシュ構造を
パッチか地導体のどちらに設けるかということによって
有意な差を与えるものではない。これにより、パッチ５
にメッシュ構造を設けた場合においても式（１）を使用
することができる。具体的には、式（１）に基づいてマ
イクロストリップアンテナの動作周波数を決定する手順
において、パッチ５に設けたメッシュの開口部の諸元を
変更する以外は、上記実施の形態と同様の手順で行うこ
とができる。これにより、上記と同様の効果を奏すると
共に、メッシュ状のパッチ５を形成しても共振周波数の
低下が抑制されて所望の周波数で動作するマイクロスト
リップアンテナを得ることができる。
【００４０】実施の形態２．上記実施の形態１ではメッ
シュ構造を有するマイクロストリップアンテナの動作周
波数を決定するのに上記式（１）を用いたが、この実施
の形態２は下記式（２）を用いたものである。
シュ構造を有するマイクロストリップアンテナの動作周
波数を決定するのに上記式（１）を用いたが、この実施
の形態２は下記式（２）を用いたものである。
【００４１】 ｆ＝ｆ0 −ｊ・ＰL ／（２・Ｗt ） ・・・（２） ｆ0 は平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロスト
リップアンテナを仮定して算出した動作周波数、Ｗｔは
平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロストリップ
アンテナを仮定して算出したマイクロストリップアンテ
ナ内部に蓄えられるエネルギー、ＰL はメッシュ状地導
体３の全ての開口部４からの放射損である。
リップアンテナを仮定して算出した動作周波数、Ｗｔは
平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロストリップ
アンテナを仮定して算出したマイクロストリップアンテ
ナ内部に蓄えられるエネルギー、ＰL はメッシュ状地導
体３の全ての開口部４からの放射損である。
【００４２】上記式（２）自体は、空洞共振器などの動
作周波数の決定に使用されていた公知の関係式である
が、右辺第２項における分子の値がメッシュの開口部か
らの放射損ＰL ではなく、空洞共振器の管壁が完全導体
でないことによる通常の銅損による寄与を考慮するもの
であった。そこで、本願発明者はメッシュ構造を有する
マイクロストリップアンテナを所望の動作周波数で動作
させるため研究解析した結果、式（２）にメッシュの開
口部４からの放射損ＰL を考慮することで、マイクロス
トリップアンテナの動作周波数を決定できることを見出
すに至った。以下に式（２）を使った動作周波数の決定
について説明する。
作周波数の決定に使用されていた公知の関係式である
が、右辺第２項における分子の値がメッシュの開口部か
らの放射損ＰL ではなく、空洞共振器の管壁が完全導体
でないことによる通常の銅損による寄与を考慮するもの
であった。そこで、本願発明者はメッシュ構造を有する
マイクロストリップアンテナを所望の動作周波数で動作
させるため研究解析した結果、式（２）にメッシュの開
口部４からの放射損ＰL を考慮することで、マイクロス
トリップアンテナの動作周波数を決定できることを見出
すに至った。以下に式（２）を使った動作周波数の決定
について説明する。
【００４３】図８はこの発明の実施の形態２によるマイ
クロストリップアンテナの動作周波数を決定する手順を
示すフローチャートである。図において、ステップＳＴ
１，ステップＳＴ２は、実施の形態１で示したキャビテ
ィモデルから動作周波数ｆ０及び内部に蓄積されるエネ
ルギーＷt を算出する過程である。これらステップＳＴ
１及びステップＳＴ２については上記実施の形態１と同
様であるので説明を省略する。
クロストリップアンテナの動作周波数を決定する手順を
示すフローチャートである。図において、ステップＳＴ
１，ステップＳＴ２は、実施の形態１で示したキャビテ
ィモデルから動作周波数ｆ０及び内部に蓄積されるエネ
ルギーＷt を算出する過程である。これらステップＳＴ
１及びステップＳＴ２については上記実施の形態１と同
様であるので説明を省略する。
【００４４】次に下記の計算を施して放射損ＰL を算出
する（ステップＳＴ７，ステップＳＴ８）。先ず、放射
損ＰL は、メッシュ状地導体全体にわたり磁界Ｈ0 （ｘ
m ，ｙm ）が入射したとき、中心座標（ｘm ，ｙm ）の
メッシュの各開口部４からの放射損ｐm を全て等価波と
して求める。具体的には各開口部４からの放射損ｐmの
和として下記式（３）に示す関係式から算出する。 ＰL ＝MΣm=1ｐm ・・・（３） これより、周期構造のメッシュは無限周期アレーとみな
すことができるため、この系に対してフロケの原理を適
用することができる。フロケの原理とは、ある事象が周
期的に無限に存在する場合においてある周期構造中の事
象は他の周期に存在する事象と同じ性質を持っていると
する周期構造の基本的性質を表すものである。このフロ
ケの原理を適用することにより、放射損ｐm を求めるべ
き一つの開口部４のみについて解析し、これらの単純な
和をとることでメッシュ状地導体３における全ての開口
部４の放射損ＰL を算出することができる。具体的に
は、例えば開口部４において磁界分布を未知数とし、開
口の表面と裏面との磁界連続条件から得られる積分方程
式をたてる。この積分方程式を定常周期解の高次の調和
まで求めることができるガラーキン法などを用いて開口
部４の磁界分布を求める。この磁界分布から開口の裏面
への放射損ｐm を求め、これを全ての開口部４に対して
繰り返すことで得られた値を式（３）に代入して放射損
ＰL を求める。
する（ステップＳＴ７，ステップＳＴ８）。先ず、放射
損ＰL は、メッシュ状地導体全体にわたり磁界Ｈ0 （ｘ
m ，ｙm ）が入射したとき、中心座標（ｘm ，ｙm ）の
メッシュの各開口部４からの放射損ｐm を全て等価波と
して求める。具体的には各開口部４からの放射損ｐmの
和として下記式（３）に示す関係式から算出する。 ＰL ＝MΣm=1ｐm ・・・（３） これより、周期構造のメッシュは無限周期アレーとみな
すことができるため、この系に対してフロケの原理を適
用することができる。フロケの原理とは、ある事象が周
期的に無限に存在する場合においてある周期構造中の事
象は他の周期に存在する事象と同じ性質を持っていると
する周期構造の基本的性質を表すものである。このフロ
ケの原理を適用することにより、放射損ｐm を求めるべ
き一つの開口部４のみについて解析し、これらの単純な
和をとることでメッシュ状地導体３における全ての開口
部４の放射損ＰL を算出することができる。具体的に
は、例えば開口部４において磁界分布を未知数とし、開
口の表面と裏面との磁界連続条件から得られる積分方程
式をたてる。この積分方程式を定常周期解の高次の調和
まで求めることができるガラーキン法などを用いて開口
部４の磁界分布を求める。この磁界分布から開口の裏面
への放射損ｐm を求め、これを全ての開口部４に対して
繰り返すことで得られた値を式（３）に代入して放射損
ＰL を求める。
【００４５】次にキャビティモデルから求めた動作周波
数ｆ0 と内部に蓄積されるエネルギーＷt 、及び放射損
ＰL を上記式（２）に代入して動作周波数ｆを算出する
（ステップＳＴ９）。この後、ステップＳＴ４に進み、
式（２）を用いて求めた動作周波数ｆと所望の動作周波
数とを比較する。このとき、両者が一致した場合は決定
作業を終了し現条件にてメッシュ構造を設計してマイク
ロストリップアンテナを作成する。また、両者が一致し
ていなかった場合はステップＳＴ１０に進み、実施の形
態１と同様にメッシュの開口部４の形成位置を変更する
か、若しくは開口部４の形状や大きさのうち、少なくと
も一つを変更して式（２）を用いて求めた動作周波数ｆ
と所望の動作周波数とが一致するまでステップＳＴ７か
らステップＳＴ４までの処理を繰り返し行う。
数ｆ0 と内部に蓄積されるエネルギーＷt 、及び放射損
ＰL を上記式（２）に代入して動作周波数ｆを算出する
（ステップＳＴ９）。この後、ステップＳＴ４に進み、
式（２）を用いて求めた動作周波数ｆと所望の動作周波
数とを比較する。このとき、両者が一致した場合は決定
作業を終了し現条件にてメッシュ構造を設計してマイク
ロストリップアンテナを作成する。また、両者が一致し
ていなかった場合はステップＳＴ１０に進み、実施の形
態１と同様にメッシュの開口部４の形成位置を変更する
か、若しくは開口部４の形状や大きさのうち、少なくと
も一つを変更して式（２）を用いて求めた動作周波数ｆ
と所望の動作周波数とが一致するまでステップＳＴ７か
らステップＳＴ４までの処理を繰り返し行う。
【００４６】図９は開口部の位置を変化させた場合の動
作周波数を式（２）により計算した値を示すグラフ図で
ある。図において、計算値は開口部４の半径をｒ0 固定
とし、図５と同様に開口部４間のピッチｄｘを徐々に変
化させていったときの動作周波数を示しており、比較の
ために従来使用されていたＦＤＴＤ法による結果もプロ
ットしている。図９から式（２）による値とＦＤＴＤ法
による値とは、同様な傾向で変化しほぼ一致した値を示
している。この図９における式（２）の値は、単に開口
部４のピッチｄｘを変化させただけのものであるが、上
記したように開口部４を磁界の大小位置に関してもっと
厳密に配置してやれば、当然両者の値の誤差は減少し、
ＦＤＴＤ法による値とより良い一致を示すように調整す
ることができることは図５と同様である。このようにメ
ッシュ構造の開口部からの放射損ＰＬを考慮することに
よって、式（２）はメッシュ状の地導体を有するマイク
ロストリップアンテナの動作周波数を決定するのに有効
な関係式となることがわかる。
作周波数を式（２）により計算した値を示すグラフ図で
ある。図において、計算値は開口部４の半径をｒ0 固定
とし、図５と同様に開口部４間のピッチｄｘを徐々に変
化させていったときの動作周波数を示しており、比較の
ために従来使用されていたＦＤＴＤ法による結果もプロ
ットしている。図９から式（２）による値とＦＤＴＤ法
による値とは、同様な傾向で変化しほぼ一致した値を示
している。この図９における式（２）の値は、単に開口
部４のピッチｄｘを変化させただけのものであるが、上
記したように開口部４を磁界の大小位置に関してもっと
厳密に配置してやれば、当然両者の値の誤差は減少し、
ＦＤＴＤ法による値とより良い一致を示すように調整す
ることができることは図５と同様である。このようにメ
ッシュ構造の開口部からの放射損ＰＬを考慮することに
よって、式（２）はメッシュ状の地導体を有するマイク
ロストリップアンテナの動作周波数を決定するのに有効
な関係式となることがわかる。
【００４７】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、所望の動作周波数に式（２）に基づいて算出した動
作周波数ｆが一致するように、下記式（２）の構成要素
の値を、メッシュ状地導体３の開口部４の形状、大き
さ、及び形成位置の少なくとも一つを適宜変更して設定
するので、メッシュ状の地導体３を形成しても共振周波
数の低下が抑制されて所望の周波数で動作するマイクロ
ストリップアンテナを得ることができる。また、均一な
平板上のパッチ及び地導体を有するマイクロストリップ
アンテナを仮定したキャビティモデルを使用し、さらに
式（２）はメッシュ状地導体３の開口部４の周期性を利
用して簡略化して求めた放射損ＰL を使用するので、計
算によって得られるデータ量も従来のＦＤＴＤ法と比較
して少なく、且つ、複雑な構造を考慮する必要もないの
で容易に設計することができる。これにより数値解析に
莫大な計算時間や高価で高性能の計算機資源を必要とす
ることがなく、一般的なパソコンなどで解析することが
可能であるので、従来と比較してマイクロストリップア
ンテナの設計にかかるコストを低減することもできる。
ば、所望の動作周波数に式（２）に基づいて算出した動
作周波数ｆが一致するように、下記式（２）の構成要素
の値を、メッシュ状地導体３の開口部４の形状、大き
さ、及び形成位置の少なくとも一つを適宜変更して設定
するので、メッシュ状の地導体３を形成しても共振周波
数の低下が抑制されて所望の周波数で動作するマイクロ
ストリップアンテナを得ることができる。また、均一な
平板上のパッチ及び地導体を有するマイクロストリップ
アンテナを仮定したキャビティモデルを使用し、さらに
式（２）はメッシュ状地導体３の開口部４の周期性を利
用して簡略化して求めた放射損ＰL を使用するので、計
算によって得られるデータ量も従来のＦＤＴＤ法と比較
して少なく、且つ、複雑な構造を考慮する必要もないの
で容易に設計することができる。これにより数値解析に
莫大な計算時間や高価で高性能の計算機資源を必要とす
ることがなく、一般的なパソコンなどで解析することが
可能であるので、従来と比較してマイクロストリップア
ンテナの設計にかかるコストを低減することもできる。
【００４８】なお、上記実施の形態では地導体にメッシ
ュ構造を設けたものについて示したが、金属導体のパッ
チにメッシュ構造を設けてもよい。これは、上記実施の
形態１で説明したようにマイクロストリップアンテナの
動作周波数を決定においてモデル化されるのは、パッチ
と地導体とに挟まれた誘電体基板によって構成される部
分であり、メッシュ構造をパッチか地導体のどちらに設
けるかということによって有意な差を与えるものではな
い。これにより、パッチにメッシュ構造を設けた場合に
おいても式（２）を使用することができる。具体的に
は、式（２）に基づいてマイクロストリップアンテナの
動作周波数を決定する手順において、パッチに設けたメ
ッシュの開口部の諸元を変更する以外は、上記実施の形
態と同様の手順で行うことができる。これにより、上記
と同様の効果を奏すると共に、メッシュ状のパッチを形
成しても共振周波数の低下が抑制されて所望の周波数で
動作するマイクロストリップアンテナを得ることができ
る。
ュ構造を設けたものについて示したが、金属導体のパッ
チにメッシュ構造を設けてもよい。これは、上記実施の
形態１で説明したようにマイクロストリップアンテナの
動作周波数を決定においてモデル化されるのは、パッチ
と地導体とに挟まれた誘電体基板によって構成される部
分であり、メッシュ構造をパッチか地導体のどちらに設
けるかということによって有意な差を与えるものではな
い。これにより、パッチにメッシュ構造を設けた場合に
おいても式（２）を使用することができる。具体的に
は、式（２）に基づいてマイクロストリップアンテナの
動作周波数を決定する手順において、パッチに設けたメ
ッシュの開口部の諸元を変更する以外は、上記実施の形
態と同様の手順で行うことができる。これにより、上記
と同様の効果を奏すると共に、メッシュ状のパッチを形
成しても共振周波数の低下が抑制されて所望の周波数で
動作するマイクロストリップアンテナを得ることができ
る。
【００４９】また、上記実施の形態では放射損ＰL を、
メッシュの開口部の構造を簡略化してフロケの原理やガ
ラーキン法などにより算出したが、本願発明はこれに限
らずメッシュの開口部の構造を簡略化することができる
他の近似法や原理を用いてもよい。
メッシュの開口部の構造を簡略化してフロケの原理やガ
ラーキン法などにより算出したが、本願発明はこれに限
らずメッシュの開口部の構造を簡略化することができる
他の近似法や原理を用いてもよい。
【００５０】実施の形態３．上記実施の形態２では式
（２）からマイクロストリップアンテナの動作周波数を
算出するのにフロケの原理を仮定して計算により放射損
ＰL を求めたが、この実施の形態３は式（２）に代入す
る放射損ＰL を実験的に求めるものである。
（２）からマイクロストリップアンテナの動作周波数を
算出するのにフロケの原理を仮定して計算により放射損
ＰL を求めたが、この実施の形態３は式（２）に代入す
る放射損ＰL を実験的に求めるものである。
【００５１】図１０はこの発明の実施の形態３によるマ
イクロストリップアンテナの放射損ＰL を実験的に求め
る測定方法の一例を示す模式図である。図において、３
はメッシュ状地導体、ａは送信アンテナ、ｂは受信アン
テナで、両アンテナａ，ｂを対向させて、その間にメッ
シュ状地導体３を配置している。ＮＡはネットワークア
ナライザである。
イクロストリップアンテナの放射損ＰL を実験的に求め
る測定方法の一例を示す模式図である。図において、３
はメッシュ状地導体、ａは送信アンテナ、ｂは受信アン
テナで、両アンテナａ，ｂを対向させて、その間にメッ
シュ状地導体３を配置している。ＮＡはネットワークア
ナライザである。
【００５２】上記測定の概要を説明する。ネットワーク
アナライザＮＡによって、メッシュ状地導体３を挟んで
両アンテナａ，ｂ間の散乱行列要素の透過係数Ｓbaを測
定する。これより、両アンテナａ，ｂ間の伝送量から放
射損ＰL を算出する。このようにして実験的に求めた放
射損ＰL を式（２）に代入して動作周波数を決定する。
アナライザＮＡによって、メッシュ状地導体３を挟んで
両アンテナａ，ｂ間の散乱行列要素の透過係数Ｓbaを測
定する。これより、両アンテナａ，ｂ間の伝送量から放
射損ＰL を算出する。このようにして実験的に求めた放
射損ＰL を式（２）に代入して動作周波数を決定する。
【００５３】以上のように、この実施の形態３では、全
ての開口部からの放射損ＰL を実験的に求めるので、上
記実施の形態２と同様に、メッシュ状の地導体３を形成
しても共振周波数の低下が抑制されて所望の周波数で動
作するマイクロストリップアンテナを得ることができ
る。
ての開口部からの放射損ＰL を実験的に求めるので、上
記実施の形態２と同様に、メッシュ状の地導体３を形成
しても共振周波数の低下が抑制されて所望の周波数で動
作するマイクロストリップアンテナを得ることができ
る。
【００５４】なお、上記実施の形態２と同様の理由から
メッシュ状パッチの開口部からの放射損ＰL を実験的に
求めるようにしてもよい。これにより、メッシュ状のパ
ッチを形成しても共振周波数の低下が抑制されて所望の
周波数で動作するマイクロストリップアンテナを得るこ
とができる。
メッシュ状パッチの開口部からの放射損ＰL を実験的に
求めるようにしてもよい。これにより、メッシュ状のパ
ッチを形成しても共振周波数の低下が抑制されて所望の
周波数で動作するマイクロストリップアンテナを得るこ
とができる。
【００５５】実施の形態４．この実施の形態４ではメッ
シュ構造を地導体に設けたマイクロストリップアンテナ
において、その内部に形成される磁界が最大となる位置
にメッシュの開口部の形成位置が重ならないように配置
するものである。
シュ構造を地導体に設けたマイクロストリップアンテナ
において、その内部に形成される磁界が最大となる位置
にメッシュの開口部の形成位置が重ならないように配置
するものである。
【００５６】図１１はこの発明の実施の形態５によるマ
イクロストリップアンテナを示す図であり、（ａ）は斜
視図、（ｂ）は上面からのパッチの拡大図、（ｃ）は下
面に形成された地導体の一部を拡大した図である。図に
おいて、７は金属導体からなるパッチで、図示の例では
矩形パッチである。８はこのマイクロストリップアンテ
ナに給電を行う給電点、９は給電点８において給電を行
ったときにマイクロストリップアンテナ内部に形成され
る磁界が最大となる位置を示している。なお、図１と同
一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略す
る。
イクロストリップアンテナを示す図であり、（ａ）は斜
視図、（ｂ）は上面からのパッチの拡大図、（ｃ）は下
面に形成された地導体の一部を拡大した図である。図に
おいて、７は金属導体からなるパッチで、図示の例では
矩形パッチである。８はこのマイクロストリップアンテ
ナに給電を行う給電点、９は給電点８において給電を行
ったときにマイクロストリップアンテナ内部に形成され
る磁界が最大となる位置を示している。なお、図１と同
一構成要素には同一符号を付して重複する説明を省略す
る。
【００５７】次に概要について説明する。この実施の形
態５によるマイクロストリップアンテナも、上記実施の
形態１と同様にＦＤＴＤ法などの数値解析を行わずに上
記式（１）に基づいてメッシュ構造の設計を行い、マイ
クロストリップアンテナの動作周波数を決定する。この
とき、マイクロストリップアンテナの内部に形成される
磁界が最大となる位置９にメッシュ状地導体３の開口部
４の形成位置が重ならないように配置する。
態５によるマイクロストリップアンテナも、上記実施の
形態１と同様にＦＤＴＤ法などの数値解析を行わずに上
記式（１）に基づいてメッシュ構造の設計を行い、マイ
クロストリップアンテナの動作周波数を決定する。この
とき、マイクロストリップアンテナの内部に形成される
磁界が最大となる位置９にメッシュ状地導体３の開口部
４の形成位置が重ならないように配置する。
【００５８】この磁界が最大となる位置９はキャビティ
モデルから求められる。実施の形態５によるマイクロス
トリップアンテナは、図１１に示すように矩形のパッチ
７である。そこで、このような矩形パッチからなるキャ
ビティモデルを考慮する必要がある。図１２は矩形パッ
チを有するマイクロストリップアンテナの解析モデルを
示す斜視図である。図において、パッチ及び地導体は均
一な平面状の導体からなり、矩形パッチの辺の長さをそ
れぞれａ，ｂとし、誘電体基板が厚さｈ，誘電率εγで
あるマイクロストリップアンテナを仮定している。ま
た、矩形パッチの中心を原点として直交座標系のｘｙｚ
軸を示し、ｘ軸上に給電点Ｆ（同軸線などにより給電す
る）を設けている。
モデルから求められる。実施の形態５によるマイクロス
トリップアンテナは、図１１に示すように矩形のパッチ
７である。そこで、このような矩形パッチからなるキャ
ビティモデルを考慮する必要がある。図１２は矩形パッ
チを有するマイクロストリップアンテナの解析モデルを
示す斜視図である。図において、パッチ及び地導体は均
一な平面状の導体からなり、矩形パッチの辺の長さをそ
れぞれａ，ｂとし、誘電体基板が厚さｈ，誘電率εγで
あるマイクロストリップアンテナを仮定している。ま
た、矩形パッチの中心を原点として直交座標系のｘｙｚ
軸を示し、ｘ軸上に給電点Ｆ（同軸線などにより給電す
る）を設けている。
【００５９】誘電体基板の厚さｈと伝搬波長λとがｈ＜
＜λなる関係にあるとき、このマイクロストリップアン
テナにはＴＭmn0 波が励振される。このＴＭmn0 の電磁
界は下記の波動方程式により求める。 （∇2 ＋ｋ2 ）・Ｅz ＝０（内部領域） ・・・（２６） ∂Ｅz ／∂ｎ＝０（開放境界） ・・・（２７） ｎは開放境界における単位法線ベクトル、∇2 ＝（∂2
／∂ｘ2 ＋∂2 ／∂ｙ 2 ）である。式（２６）を境界条
件の式（２７）を考慮して解くと、ＴＭmn0 モードのＥ
ｚ成分は次のように求まる。 Ｅz ＝Ｅ0・ｃｏｓ｛（ｍπ／ａ）・ｘ＋（ｍπ／２）｝・ｃｏｓ｛（ｎπ ／ｂ）・ｙ＋（ｎπ／２）｝ ・・・（２８） ｋ2 ＝（ｋx 2＋ｋy 2）＝｛（ｍπ／ａ）2 ＋（ｎπ／ｂ）2 ｝ ・・・（２９ ） Ｅ0 は任意定数、ｋ＝ω・√（ε・μ）、ｍとｎとは整
数であり、Ｖ0 をマイクロストリップアンテナ端部のピ
ーク電圧とすると、Ｖ0 ＝ｈ・Ｅ0 となる。
＜λなる関係にあるとき、このマイクロストリップアン
テナにはＴＭmn0 波が励振される。このＴＭmn0 の電磁
界は下記の波動方程式により求める。 （∇2 ＋ｋ2 ）・Ｅz ＝０（内部領域） ・・・（２６） ∂Ｅz ／∂ｎ＝０（開放境界） ・・・（２７） ｎは開放境界における単位法線ベクトル、∇2 ＝（∂2
／∂ｘ2 ＋∂2 ／∂ｙ 2 ）である。式（２６）を境界条
件の式（２７）を考慮して解くと、ＴＭmn0 モードのＥ
ｚ成分は次のように求まる。 Ｅz ＝Ｅ0・ｃｏｓ｛（ｍπ／ａ）・ｘ＋（ｍπ／２）｝・ｃｏｓ｛（ｎπ ／ｂ）・ｙ＋（ｎπ／２）｝ ・・・（２８） ｋ2 ＝（ｋx 2＋ｋy 2）＝｛（ｍπ／ａ）2 ＋（ｎπ／ｂ）2 ｝ ・・・（２９ ） Ｅ0 は任意定数、ｋ＝ω・√（ε・μ）、ｍとｎとは整
数であり、Ｖ0 をマイクロストリップアンテナ端部のピ
ーク電圧とすると、Ｖ0 ＝ｈ・Ｅ0 となる。
【００６０】式（２８）によるＥz をマクスウェル方程
式に代入するとＴＭ波の条件（Ｈz＝０）から、他の電
磁界成分は下記のように表される。 Ｅz ＝Ｅ0・ｃｏｓ｛（ｍπ／ａ）・ｘ＋（ｍπ／２）｝・ｃｏｓ｛（ｎπ／ ｂ）・ｙ＋（ｎπ／２）｝ ・・・（３０） Ｈx ＝−｛（ｊ・ω・ε）／ｋ2 ｝・（ｎπ／ｂ）・Ｅ0 ・ｃｏｓ｛（ｍπ／ ａ）・ｘ＋（ｍπ／２）｝・ｓｉｎ｛（ｎπ／ｂ）・ｙ＋（ｎπ／２）｝ ・・・（３１） Ｈy ＝−｛（ｊ・ω・ε）／ｋ2 ｝・（ｍπ／ａ）・Ｅ0 ・ｓｉｎ｛（ｍπ／ ａ）・ｘ＋（ｍπ／２）｝・ｃｏｓ｛（ｎπ／ｂ）・ｙ＋（ｎπ／２）｝ ・・・（３２） Ｅx ＝Ｅy ＝Ｈz ＝０ ・・・（３３）
式に代入するとＴＭ波の条件（Ｈz＝０）から、他の電
磁界成分は下記のように表される。 Ｅz ＝Ｅ0・ｃｏｓ｛（ｍπ／ａ）・ｘ＋（ｍπ／２）｝・ｃｏｓ｛（ｎπ／ ｂ）・ｙ＋（ｎπ／２）｝ ・・・（３０） Ｈx ＝−｛（ｊ・ω・ε）／ｋ2 ｝・（ｎπ／ｂ）・Ｅ0 ・ｃｏｓ｛（ｍπ／ ａ）・ｘ＋（ｍπ／２）｝・ｓｉｎ｛（ｎπ／ｂ）・ｙ＋（ｎπ／２）｝ ・・・（３１） Ｈy ＝−｛（ｊ・ω・ε）／ｋ2 ｝・（ｍπ／ａ）・Ｅ0 ・ｓｉｎ｛（ｍπ／ ａ）・ｘ＋（ｍπ／２）｝・ｃｏｓ｛（ｎπ／ｂ）・ｙ＋（ｎπ／２）｝ ・・・（３２） Ｅx ＝Ｅy ＝Ｈz ＝０ ・・・（３３）
【００６１】ここで、最低次モード（基本モード）であ
るＴＭ100 波又はＴＭ010 波で取り扱うと、ＴＭ100 モ
ードの内部電磁界は下記のようになる。 Ｅz ＝−Ｅ0 ・ｓｉｎ｛（π／ａ）・ｘ｝ ・・・（３４） Ｈy ＝｛（ｊ・ω・ε）／ｋ2 ｝・（π／ａ）・Ｅ0 ・ｃｏｓ｛（π／ａ）・ ｘ｝ ・・・（３５） Ｅx ＝Ｅy ＝Ｈx ＝Ｈz ＝０ ・・・（３６） 図１３は上記式（３４）〜式（３６）で表されるＴＭ
100 モードの電磁界分布の示す図で、上方は矩形パッチ
の上面図、その下方は縦断面図である。図において、Ｆ
は給電点であり、実線で示したものが電気力線、破線が
磁力線である。また、○内に×をつけた符号は紙面方向
に向かっている電気力線若しくは磁力線を示し、○内に
●をつけた符号はその逆方向に向かっている電気力線若
しくは磁力線を示している。図のように給電点Ｆの位置
を決定することで（図示の例ではｘ軸上）、マイクロス
トリップアンテナの内部に発生する磁力線がｙ軸に周辺
で最も密になり、ｙ軸から離れるにつれて疎になってい
る。上記式（３５）から、ＴＭ100 モードではｘ＝０と
なるｙ軸上の領域で、マイクロストリップアンテナ内部
に発生する磁界は最大値Ｈy ＝｛（ｊ・ω・ε）／
ｋ2 ｝・（π／ａ）・Ｅ0を示すことがわかる。これが
図１１における磁界が最大となる位置９である。ちなみ
にｘ＝ａ／２又は−ａ／２となる矩形パッチの長さａを
有する方向の両端において磁界Ｈy は零となる。このよ
うにキャビティモデルにおいて給電点の位置を決定する
ことで、マイクロストリップアンテナの内部に発生する
磁界が最大となる位置は一義的に決定される。また、動
作周波数ｆ0 は式（２９）から求まり、光速をＣとして
下記式で表される。 ｆ0 ＝Ｃ／（２・ａ・√εγ） ・・・（３７） この式（２４）による動作周波数において、フリンジン
グ効果（端効果）を考慮する場合はパッチのｘ軸に沿っ
た方向の辺の長さａに関する補正式と、誘電体基板の実
効誘電率に関する補正式とから補正を行う。また、内部
に蓄積されるエネルギーＷt は、電気的蓄積エネルギー
Ｗe と磁気的蓄積エネルギーＷm とからなる。これら電
気的蓄積エネルギーＷｅ及び磁気的蓄積エネルギーＷm
は上記キャビティモデルの内部電磁界から算出すること
ができる。これより、内部に蓄積されるエネルギーＷt
は、キャビティモデルの上記式（３４）〜式（３６）で
求められる内部電磁界を代入することで容易に算出する
ことができる。
るＴＭ100 波又はＴＭ010 波で取り扱うと、ＴＭ100 モ
ードの内部電磁界は下記のようになる。 Ｅz ＝−Ｅ0 ・ｓｉｎ｛（π／ａ）・ｘ｝ ・・・（３４） Ｈy ＝｛（ｊ・ω・ε）／ｋ2 ｝・（π／ａ）・Ｅ0 ・ｃｏｓ｛（π／ａ）・ ｘ｝ ・・・（３５） Ｅx ＝Ｅy ＝Ｈx ＝Ｈz ＝０ ・・・（３６） 図１３は上記式（３４）〜式（３６）で表されるＴＭ
100 モードの電磁界分布の示す図で、上方は矩形パッチ
の上面図、その下方は縦断面図である。図において、Ｆ
は給電点であり、実線で示したものが電気力線、破線が
磁力線である。また、○内に×をつけた符号は紙面方向
に向かっている電気力線若しくは磁力線を示し、○内に
●をつけた符号はその逆方向に向かっている電気力線若
しくは磁力線を示している。図のように給電点Ｆの位置
を決定することで（図示の例ではｘ軸上）、マイクロス
トリップアンテナの内部に発生する磁力線がｙ軸に周辺
で最も密になり、ｙ軸から離れるにつれて疎になってい
る。上記式（３５）から、ＴＭ100 モードではｘ＝０と
なるｙ軸上の領域で、マイクロストリップアンテナ内部
に発生する磁界は最大値Ｈy ＝｛（ｊ・ω・ε）／
ｋ2 ｝・（π／ａ）・Ｅ0を示すことがわかる。これが
図１１における磁界が最大となる位置９である。ちなみ
にｘ＝ａ／２又は−ａ／２となる矩形パッチの長さａを
有する方向の両端において磁界Ｈy は零となる。このよ
うにキャビティモデルにおいて給電点の位置を決定する
ことで、マイクロストリップアンテナの内部に発生する
磁界が最大となる位置は一義的に決定される。また、動
作周波数ｆ0 は式（２９）から求まり、光速をＣとして
下記式で表される。 ｆ0 ＝Ｃ／（２・ａ・√εγ） ・・・（３７） この式（２４）による動作周波数において、フリンジン
グ効果（端効果）を考慮する場合はパッチのｘ軸に沿っ
た方向の辺の長さａに関する補正式と、誘電体基板の実
効誘電率に関する補正式とから補正を行う。また、内部
に蓄積されるエネルギーＷt は、電気的蓄積エネルギー
Ｗe と磁気的蓄積エネルギーＷm とからなる。これら電
気的蓄積エネルギーＷｅ及び磁気的蓄積エネルギーＷm
は上記キャビティモデルの内部電磁界から算出すること
ができる。これより、内部に蓄積されるエネルギーＷt
は、キャビティモデルの上記式（３４）〜式（３６）で
求められる内部電磁界を代入することで容易に算出する
ことができる。
【００６２】上記のように決定される内部に発生する磁
界が最大となる位置９とメッシュの開口部４の位置とを
重ねると、式（１）から算出される動作周波数ｆの値は
上記キャビティモデル（均一な平面状の導体からなるパ
ッチ及び地導体を有するマイクロストリップアンテナ）
から算出する動作周波数ｆ0 の値から大きくずれてしま
う。つまり、磁界が最大となる位置９とメッシュの開口
部４の位置とを重ねると式（１）の電磁界成分を考慮し
た補正項MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ0（ｘm ，ｙm ）｜2 ／
３−ε・ｒ0 3・｜Ｅ0（ｘm ，ｙm ）｜2 ／６における
｜Ｈ0 （ｘm ，ｙm ）｜2 の値が大きくなるので、結果
的に式（１）より求まる動作周波数ｆの値は動作周波数
ｆ0 と比較して大きく低下する。従って、この実施の形
態４によるマイクロストリップアンテナのように、磁界
が最大となる位置９とメッシュの開口部４の形成位置と
が重ならないようにすることで、式（１）より求まる動
作周波数ｆと動作周波数ｆ0 の値とが大きくずれないよ
うにする。
界が最大となる位置９とメッシュの開口部４の位置とを
重ねると、式（１）から算出される動作周波数ｆの値は
上記キャビティモデル（均一な平面状の導体からなるパ
ッチ及び地導体を有するマイクロストリップアンテナ）
から算出する動作周波数ｆ0 の値から大きくずれてしま
う。つまり、磁界が最大となる位置９とメッシュの開口
部４の位置とを重ねると式（１）の電磁界成分を考慮し
た補正項MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ0（ｘm ，ｙm ）｜2 ／
３−ε・ｒ0 3・｜Ｅ0（ｘm ，ｙm ）｜2 ／６における
｜Ｈ0 （ｘm ，ｙm ）｜2 の値が大きくなるので、結果
的に式（１）より求まる動作周波数ｆの値は動作周波数
ｆ0 と比較して大きく低下する。従って、この実施の形
態４によるマイクロストリップアンテナのように、磁界
が最大となる位置９とメッシュの開口部４の形成位置と
が重ならないようにすることで、式（１）より求まる動
作周波数ｆと動作周波数ｆ0 の値とが大きくずれないよ
うにする。
【００６３】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、給電点８の位置から一義的に決定される磁界強度が
最大となる位置９とメッシュの開口部４の位置とが重な
らないようにしたので、平面状の導体からなるパッチ及
び地導体を有するマイクロストリップアンテナを仮定し
て算出した動作周波数ｆ0 と、式（１）から算出した動
作周波数ｆの値とが大きくずれることがなく、マイクロ
ストリップアンテナの動作周波数の決定時間を短縮化す
ることができる。
ば、給電点８の位置から一義的に決定される磁界強度が
最大となる位置９とメッシュの開口部４の位置とが重な
らないようにしたので、平面状の導体からなるパッチ及
び地導体を有するマイクロストリップアンテナを仮定し
て算出した動作周波数ｆ0 と、式（１）から算出した動
作周波数ｆの値とが大きくずれることがなく、マイクロ
ストリップアンテナの動作周波数の決定時間を短縮化す
ることができる。
【００６４】なお、上記実施の形態４では動作周波数の
決定に式（１）を使用する例について述べたが、実施の
形態２で示した式（２）を使用した場合においても、磁
界が最大となる位置９とメッシュの開口部４の位置とが
重ならないようにすることで、上記実施の形態４と同様
の効果を奏する。
決定に式（１）を使用する例について述べたが、実施の
形態２で示した式（２）を使用した場合においても、磁
界が最大となる位置９とメッシュの開口部４の位置とが
重ならないようにすることで、上記実施の形態４と同様
の効果を奏する。
【００６５】また、図１４はこの発明の実施の形態４に
よるマイクロストリップアンテナにメッシュ状パッチを
設けた例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上
面からのパッチの拡大図である。図において、６は均一
な平面状の金属導体からなる地導体、１０はメッシュ構
造を設けたパッチ（メッシュ状パッチ）である。なお、
図１１と同一構成要素には同一符号を付し重複する説明
を省略する。実施の形態１及び実施の形態２に示したよ
うに式（１）若しくは式（２）はメッシュ構造をパッチ
か地導体のどちらに設けるかということによって有意な
差を与えるものではない。これにより、図１４のように
パッチ１０をメッシュ構造としても、磁界が最大となる
位置９とメッシュの開口部４の位置とが重ならないよう
にすることで上記と同様の効果を奏する。
よるマイクロストリップアンテナにメッシュ状パッチを
設けた例を示す図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上
面からのパッチの拡大図である。図において、６は均一
な平面状の金属導体からなる地導体、１０はメッシュ構
造を設けたパッチ（メッシュ状パッチ）である。なお、
図１１と同一構成要素には同一符号を付し重複する説明
を省略する。実施の形態１及び実施の形態２に示したよ
うに式（１）若しくは式（２）はメッシュ構造をパッチ
か地導体のどちらに設けるかということによって有意な
差を与えるものではない。これにより、図１４のように
パッチ１０をメッシュ構造としても、磁界が最大となる
位置９とメッシュの開口部４の位置とが重ならないよう
にすることで上記と同様の効果を奏する。
【００６６】実施の形態５．この実施の形態５では誘電
体基板の厚さを厚くして、キャビティモデルから算出し
た動作周波数ｆ0 と上記式（１）又は式（２）から算出
される動作周波数ｆとの値の差が小さくなるようにした
ものである。
体基板の厚さを厚くして、キャビティモデルから算出し
た動作周波数ｆ0 と上記式（１）又は式（２）から算出
される動作周波数ｆとの値の差が小さくなるようにした
ものである。
【００６７】マイクロストリップアンテナの内部に蓄え
られるエネルギーＷt は、上記実施の形態で示したよう
に電気的蓄積エネルギーＷe と磁気的蓄積エネルギーＷ
m とから構成される。この電気的蓄積エネルギーＷe は
図２や図１３で示したｚ軸方向の電界Ｅz の強度に比例
する。ここで、誘電体基板の厚さを厚くするということ
は導体パッチと地導体との間隔を大きくすることに相当
する。誘電体を挟んだ２つの導体間に発生した電界Ｅに
よって蓄えられるエネルギーＷは、誘電体の誘電率を
ε、電束密度Ｄ＝ε・Ｅ、誘電体の厚さをｈとすると一
般的に下記のように表される。 Ｗ＝（Ｅ・Ｄ・ｈ）／２ 即ち、電界Ｅによって蓄えられるエネルギーＷは誘電体
の厚さｈに比例する。これは上記の導体パッチ及び地導
体間におけるｚ軸方向の電界Ｅz のエネルギーである電
気的蓄積エネルギーＷe においても同様であり、誘電体
基板の厚さを厚くすることによってその値は大きくな
り、マイクロストリップアンテナの内部に蓄えられるエ
ネルギーＷｔ も同様に大きくなる。
られるエネルギーＷt は、上記実施の形態で示したよう
に電気的蓄積エネルギーＷe と磁気的蓄積エネルギーＷ
m とから構成される。この電気的蓄積エネルギーＷe は
図２や図１３で示したｚ軸方向の電界Ｅz の強度に比例
する。ここで、誘電体基板の厚さを厚くするということ
は導体パッチと地導体との間隔を大きくすることに相当
する。誘電体を挟んだ２つの導体間に発生した電界Ｅに
よって蓄えられるエネルギーＷは、誘電体の誘電率を
ε、電束密度Ｄ＝ε・Ｅ、誘電体の厚さをｈとすると一
般的に下記のように表される。 Ｗ＝（Ｅ・Ｄ・ｈ）／２ 即ち、電界Ｅによって蓄えられるエネルギーＷは誘電体
の厚さｈに比例する。これは上記の導体パッチ及び地導
体間におけるｚ軸方向の電界Ｅz のエネルギーである電
気的蓄積エネルギーＷe においても同様であり、誘電体
基板の厚さを厚くすることによってその値は大きくな
り、マイクロストリップアンテナの内部に蓄えられるエ
ネルギーＷｔ も同様に大きくなる。
【００６８】誘電体基板の厚さを厚くするのに伴って、
式（１）におけるキャビティモデルから算出した動作周
波数ｆ0 のＷt に関する係数のＷt 値が電磁界成分の補
正項 MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ0（ｘm ，ｙm ）｜2 ／３
−ε・ｒ0 3・｜Ｅ0（ｘm ，ｙ m ）｜2 ／６と比較して
充分に大きくなる。これにより、この係数の値が充分に
小さくなるので、式（１）から算出する動作周波数とキ
ャビティモデルから算出した動作周波数ｆ0 との値が大
きくずれることがなくなる。
式（１）におけるキャビティモデルから算出した動作周
波数ｆ0 のＷt に関する係数のＷt 値が電磁界成分の補
正項 MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ0（ｘm ，ｙm ）｜2 ／３
−ε・ｒ0 3・｜Ｅ0（ｘm ，ｙ m ）｜2 ／６と比較して
充分に大きくなる。これにより、この係数の値が充分に
小さくなるので、式（１）から算出する動作周波数とキ
ャビティモデルから算出した動作周波数ｆ0 との値が大
きくずれることがなくなる。
【００６９】また、式（２）においても誘電体基板の厚
さを厚くするに伴って、右辺第２項の放射損ＰL に関す
る項においてＷt 値が充分に大きくなる。これにより、
式（２）の右辺第２項｛−（ｊ・ＰL ）／Ｗt ｝の値が
充分に小さくなるので、式（２）から算出する動作周波
数とキャビティモデルから算出した動作周波数ｆ0 との
値が大きくずれることがなくなる。
さを厚くするに伴って、右辺第２項の放射損ＰL に関す
る項においてＷt 値が充分に大きくなる。これにより、
式（２）の右辺第２項｛−（ｊ・ＰL ）／Ｗt ｝の値が
充分に小さくなるので、式（２）から算出する動作周波
数とキャビティモデルから算出した動作周波数ｆ0 との
値が大きくずれることがなくなる。
【００７０】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、誘電体基板の厚さを厚くして、平面状のパッチ及び
地導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定して
算出した動作周波数ｆ0 と、式（１）若しくは式（２）
から算出した動作周波数との値の差が小さくなるように
するので、上記実施の形態５と同様に平面状の導体から
なるパッチ及び地導体を有するマイクロストリップアン
テナのキャビティモデルから算出した動作周波数ｆ
0 と、式（１）若しくは式（２）から算出した動作周波
数ｆの値とが大きくずれることがなく、マイクロストリ
ップアンテナの動作周波数の決定時間を短縮化すること
ができる。
ば、誘電体基板の厚さを厚くして、平面状のパッチ及び
地導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定して
算出した動作周波数ｆ0 と、式（１）若しくは式（２）
から算出した動作周波数との値の差が小さくなるように
するので、上記実施の形態５と同様に平面状の導体から
なるパッチ及び地導体を有するマイクロストリップアン
テナのキャビティモデルから算出した動作周波数ｆ
0 と、式（１）若しくは式（２）から算出した動作周波
数ｆの値とが大きくずれることがなく、マイクロストリ
ップアンテナの動作周波数の決定時間を短縮化すること
ができる。
【００７１】なお、実施の形態１及び実施の形態２に示
したように式（１）若しくは式（２）は、メッシュ構造
をパッチか地導体のどちらに設けるかということによっ
て有意な差を与えるものではないので、メッシュ状パッ
チを有するマイクロストリップアンテナに上記実施の形
態５による構成を適用しても上記と同様の効果を奏す
る。
したように式（１）若しくは式（２）は、メッシュ構造
をパッチか地導体のどちらに設けるかということによっ
て有意な差を与えるものではないので、メッシュ状パッ
チを有するマイクロストリップアンテナに上記実施の形
態５による構成を適用しても上記と同様の効果を奏す
る。
【００７２】また、上記実施の形態１〜実施の形態５に
おいて、キャビティモデルとして円形パッチ及び矩形パ
ッチを有するものについて示したが、本願発明はこれに
限らず実用されている様々な形状のパッチについてのキ
ャビティモデルにも適用できる。
おいて、キャビティモデルとして円形パッチ及び矩形パ
ッチを有するものについて示したが、本願発明はこれに
限らず実用されている様々な形状のパッチについてのキ
ャビティモデルにも適用できる。
【００７３】なお、上記実施の形態では地導体若しくは
パッチにメッシュ構造を設けたマイクロストリップアン
テナの動作周波数を決定するのに、式（１）若しくは式
（２）から算出した動作周波数ｆと所望の動作周波数と
が一致するようにメッシュの開口部の大きさや形成位置
を適宜変更することについて説明したが、本願発明はこ
れに限らず、キャビティモデルにおける他のパラメータ
や使用する材質の特性の違いなどのデータも考慮して解
析することにより、さらに精度良く所望の周波数にて動
作するように設計することができる。
パッチにメッシュ構造を設けたマイクロストリップアン
テナの動作周波数を決定するのに、式（１）若しくは式
（２）から算出した動作周波数ｆと所望の動作周波数と
が一致するようにメッシュの開口部の大きさや形成位置
を適宜変更することについて説明したが、本願発明はこ
れに限らず、キャビティモデルにおける他のパラメータ
や使用する材質の特性の違いなどのデータも考慮して解
析することにより、さらに精度良く所望の周波数にて動
作するように設計することができる。
【００７４】また、上記実施の形態ではメッシュの開口
部を半径の円形ｒ0 に仮定したが、開口部が理想的な
円形でない場合は、同一形状の開口部が周期的に存在す
るとみなせるならば、各開口部に円形との違いに対する
補正を行って式（１）に基づいて解析するようにしても
よい。
部を半径の円形ｒ0 に仮定したが、開口部が理想的な
円形でない場合は、同一形状の開口部が周期的に存在す
るとみなせるならば、各開口部に円形との違いに対する
補正を行って式（１）に基づいて解析するようにしても
よい。
【００７５】
【発明の効果】以上のように、この発明のマイクロスト
リップアンテナによれば、所望の動作周波数に式（１）
に基づいて算出した動作周波数ｆが一致するように、式
（１）の構成要素の値を、メッシュの開口部の半径
ｒ0 、若しくは形成位置の少なくとも一方を適宜変更し
て設定するので、メッシュ状の地導体若しくはパッチを
形成しても共振周波数の低下が抑制されて所望の周波数
で動作するマイクロストリップアンテナを得ることがで
きる効果がある。また、均一な平板上のパッチ及び地導
体を有するマイクロストリップアンテナを仮定した単純
な構造のキャビティモデルを使用し、さらに式（１）は
誘電体基板の厚さや開口部の形成位置などをパラメータ
として有する代数的に簡潔な式であるので、計算によっ
て得られるデータ量も従来のＦＤＴＤ法と比較して少な
く、且つ、複雑な構造を考慮する必要もないので容易に
設計することができる効果がある。
リップアンテナによれば、所望の動作周波数に式（１）
に基づいて算出した動作周波数ｆが一致するように、式
（１）の構成要素の値を、メッシュの開口部の半径
ｒ0 、若しくは形成位置の少なくとも一方を適宜変更し
て設定するので、メッシュ状の地導体若しくはパッチを
形成しても共振周波数の低下が抑制されて所望の周波数
で動作するマイクロストリップアンテナを得ることがで
きる効果がある。また、均一な平板上のパッチ及び地導
体を有するマイクロストリップアンテナを仮定した単純
な構造のキャビティモデルを使用し、さらに式（１）は
誘電体基板の厚さや開口部の形成位置などをパラメータ
として有する代数的に簡潔な式であるので、計算によっ
て得られるデータ量も従来のＦＤＴＤ法と比較して少な
く、且つ、複雑な構造を考慮する必要もないので容易に
設計することができる効果がある。
【００７６】従って、数値解析に莫大な計算時間や高価
で高性能の計算機資源を必要とすることがなく、一般的
なパソコンなどで解析することが可能であるので、従来
と比較してマイクロストリップアンテナの設計にかかる
コストを低減することもできる効果がある。
で高性能の計算機資源を必要とすることがなく、一般的
なパソコンなどで解析することが可能であるので、従来
と比較してマイクロストリップアンテナの設計にかかる
コストを低減することもできる効果がある。
【００７７】この発明のマイクロストリップアンテナに
よれば、所望の動作周波数に式（２）に基づいて算出し
た動作周波数ｆが一致するように、式（２）の構成要素
の値を、メッシュの開口部の形状、大きさ、及び形成位
置の少なくとも一つを適宜変更して設定するので、メッ
シュ状の地導体若しくはパッチを形成しても共振周波数
の低下が抑制されて所望の周波数で動作するマイクロス
トリップアンテナを得ることができる効果がある。ま
た、均一な平板上のパッチ及び地導体を有するマイクロ
ストリップアンテナを仮定したキャビティモデルを使用
し、さらに式（２）はメッシュ状地導体の開口部の構造
を簡略化する近似を行って求めた放射損Ｐ L を使用する
ので、計算によって得られるデータ量も従来のＦＤＴＤ
法と比較して少なく、且つ、複雑な構造を考慮する必要
もないので容易に設計することができる効果がある。
よれば、所望の動作周波数に式（２）に基づいて算出し
た動作周波数ｆが一致するように、式（２）の構成要素
の値を、メッシュの開口部の形状、大きさ、及び形成位
置の少なくとも一つを適宜変更して設定するので、メッ
シュ状の地導体若しくはパッチを形成しても共振周波数
の低下が抑制されて所望の周波数で動作するマイクロス
トリップアンテナを得ることができる効果がある。ま
た、均一な平板上のパッチ及び地導体を有するマイクロ
ストリップアンテナを仮定したキャビティモデルを使用
し、さらに式（２）はメッシュ状地導体の開口部の構造
を簡略化する近似を行って求めた放射損Ｐ L を使用する
ので、計算によって得られるデータ量も従来のＦＤＴＤ
法と比較して少なく、且つ、複雑な構造を考慮する必要
もないので容易に設計することができる効果がある。
【００７８】従って、数値解析に莫大な計算時間や高価
で高性能の計算機資源を必要とすることがなく、一般的
なパソコンなどで解析することが可能であるので、従来
と比較してマイクロストリップアンテナの設計にかかる
コストを低減することもできる効果がある。
で高性能の計算機資源を必要とすることがなく、一般的
なパソコンなどで解析することが可能であるので、従来
と比較してマイクロストリップアンテナの設計にかかる
コストを低減することもできる効果がある。
【００７９】この発明のマイクロストリップアンテナに
よれば、誘電体基板の厚さを厚くして、平面状のパッチ
及び地導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定
して算出した動作周波数ｆ0 と、式（１）若しくは式
（２）に基づいて算出した動作周波数との値の差が小さ
くなるようにするので、平面状の導体からなるパッチ及
び地導体を有するマイクロストリップアンテナを仮定し
て算出した動作周波数ｆ 0 と、式（１）若しくは式
（２）から算出した動作周波数ｆの値とが大きくずれる
ことがなく、マイクロストリップアンテナの動作周波数
の決定時間を短縮化することができる効果がある。
よれば、誘電体基板の厚さを厚くして、平面状のパッチ
及び地導体を備えたマイクロストリップアンテナを仮定
して算出した動作周波数ｆ0 と、式（１）若しくは式
（２）に基づいて算出した動作周波数との値の差が小さ
くなるようにするので、平面状の導体からなるパッチ及
び地導体を有するマイクロストリップアンテナを仮定し
て算出した動作周波数ｆ 0 と、式（１）若しくは式
（２）から算出した動作周波数ｆの値とが大きくずれる
ことがなく、マイクロストリップアンテナの動作周波数
の決定時間を短縮化することができる効果がある。
【００８０】この発明のマイクロストリップアンテナに
よれば、平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロス
トリップアンテナを仮定し、その給電点の位置から一義
的に決定される磁界強度が最大となる位置に、メッシュ
の開口部の形成位置が重ならないようにするので、平面
状の導体からなるパッチ及び地導体を有するマイクロス
トリップアンテナを仮定して算出した動作周波数ｆ
0 と、式（１）若しくは式（２）から算出した動作周波
数ｆの値とが大きくずれることがなく、マイクロストリ
ップアンテナの動作周波数の決定時間を短縮化すること
ができる効果がある。
よれば、平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロス
トリップアンテナを仮定し、その給電点の位置から一義
的に決定される磁界強度が最大となる位置に、メッシュ
の開口部の形成位置が重ならないようにするので、平面
状の導体からなるパッチ及び地導体を有するマイクロス
トリップアンテナを仮定して算出した動作周波数ｆ
0 と、式（１）若しくは式（２）から算出した動作周波
数ｆの値とが大きくずれることがなく、マイクロストリ
ップアンテナの動作周波数の決定時間を短縮化すること
ができる効果がある。
【００８１】この発明のマイクロストリップアンテナに
よれば、全ての開口部からの放射損ＰL を実験的に求め
るので、段落００７７と同様にメッシュ状の地導体若し
くはパッチを形成しても共振周波数の低下が抑制されて
所望の周波数で動作するマイクロストリップアンテナを
得ることができる効果がある。
よれば、全ての開口部からの放射損ＰL を実験的に求め
るので、段落００７７と同様にメッシュ状の地導体若し
くはパッチを形成しても共振周波数の低下が抑制されて
所望の周波数で動作するマイクロストリップアンテナを
得ることができる効果がある。
【００８２】この発明のマイクロストリップアンテナの
設計方法によれば、平面状のパッチ及び地導体を備えた
マイクロストリップアンテナの動作周波数ｆ0 を算出す
るステップと、平面状のパッチ及び地導体を備えたマイ
クロストリップアンテナの内部に蓄えられるエネルギー
Ｗt を算出するステップと、式（１）に基づいて動作周
波数を算出するステップと、式（１）に基づいて算出さ
れた動作周波数と所望の動作周波数とを比較するステッ
プと、式（１）に基づいて算出された動作周波数と所望
の動作周波数とが一致しない場合、両者の値が一致する
ように開口部の半径ｒ0 、若しくは形成位置の少なくと
も一方を適宜変更するステップとを備えるので、また、
平板状のパッチ及び地導体を有するマイクロストリップ
アンテナを仮定した単純な構造のキャビティモデルを使
用し、さらに式（１）は誘電体基板の厚さや開口部の形
成位置などをパラメータとして有する代数的に簡潔な式
であるので、計算によって得られるデータ量も従来のＦ
ＤＴＤ法と比較して少なく、且つ、複雑な構造を考慮す
る必要もないので容易に設計することができる効果があ
る。
設計方法によれば、平面状のパッチ及び地導体を備えた
マイクロストリップアンテナの動作周波数ｆ0 を算出す
るステップと、平面状のパッチ及び地導体を備えたマイ
クロストリップアンテナの内部に蓄えられるエネルギー
Ｗt を算出するステップと、式（１）に基づいて動作周
波数を算出するステップと、式（１）に基づいて算出さ
れた動作周波数と所望の動作周波数とを比較するステッ
プと、式（１）に基づいて算出された動作周波数と所望
の動作周波数とが一致しない場合、両者の値が一致する
ように開口部の半径ｒ0 、若しくは形成位置の少なくと
も一方を適宜変更するステップとを備えるので、また、
平板状のパッチ及び地導体を有するマイクロストリップ
アンテナを仮定した単純な構造のキャビティモデルを使
用し、さらに式（１）は誘電体基板の厚さや開口部の形
成位置などをパラメータとして有する代数的に簡潔な式
であるので、計算によって得られるデータ量も従来のＦ
ＤＴＤ法と比較して少なく、且つ、複雑な構造を考慮す
る必要もないので容易に設計することができる効果があ
る。
【００８３】従って、数値解析に莫大な計算時間や高価
で高性能の計算機資源を必要とすることがなく、一般的
なパソコンなどで解析することが可能であるので、従来
と比較してマイクロストリップアンテナの設計にかかる
コストを低減することもできる効果がある。
で高性能の計算機資源を必要とすることがなく、一般的
なパソコンなどで解析することが可能であるので、従来
と比較してマイクロストリップアンテナの設計にかかる
コストを低減することもできる効果がある。
【００８４】この発明のマイクロストリップアンテナの
設計方法によれば、平面状のパッチ及び地導体を備えた
マイクロストリップアンテナの動作周波数ｆ0 を算出す
るステップと、平面状のパッチ及び地導体を備えたマイ
クロストリップアンテナの内部に蓄えられるエネルギー
Ｗt を算出するステップと、全ての開口部からの放射損
ＰL を算出するステップと、式（２）に基づいて動作周
波数を算出するステップと、式（２）に基づいて算出さ
れた動作周波数と所望の動作周波数とを比較するステッ
プと、式（２）に基づいて算出された動作周波数と所望
の動作周波数とが一致しない場合、両者の値が一致する
ように開口部の形状、大きさ、及び形成位置の少なくと
も一つを適宜変更するステップとを備えるので、また、
平板状のパッチ及び地導体を有するマイクロストリップ
アンテナを仮定した単純な構造のキャビティモデルを使
用し、さらに式（２）はメッシュ状地導体の開口部の構
造を簡略化する近似を行って求めた放射損ＰL を使用す
ることで、計算によって得られるデータ量も従来のＦＤ
ＴＤ法と比較して少なく、且つ、複雑な構造を考慮する
必要もないので容易に設計することができる効果があ
る。
設計方法によれば、平面状のパッチ及び地導体を備えた
マイクロストリップアンテナの動作周波数ｆ0 を算出す
るステップと、平面状のパッチ及び地導体を備えたマイ
クロストリップアンテナの内部に蓄えられるエネルギー
Ｗt を算出するステップと、全ての開口部からの放射損
ＰL を算出するステップと、式（２）に基づいて動作周
波数を算出するステップと、式（２）に基づいて算出さ
れた動作周波数と所望の動作周波数とを比較するステッ
プと、式（２）に基づいて算出された動作周波数と所望
の動作周波数とが一致しない場合、両者の値が一致する
ように開口部の形状、大きさ、及び形成位置の少なくと
も一つを適宜変更するステップとを備えるので、また、
平板状のパッチ及び地導体を有するマイクロストリップ
アンテナを仮定した単純な構造のキャビティモデルを使
用し、さらに式（２）はメッシュ状地導体の開口部の構
造を簡略化する近似を行って求めた放射損ＰL を使用す
ることで、計算によって得られるデータ量も従来のＦＤ
ＴＤ法と比較して少なく、且つ、複雑な構造を考慮する
必要もないので容易に設計することができる効果があ
る。
【００８５】従って、数値解析に莫大な計算時間や高価
で高性能の計算機資源を必要とすることがなく、一般的
なパソコンなどで解析することが可能であるので、従来
と比較してマイクロストリップアンテナの設計にかかる
コストを低減することもできる効果がある。
で高性能の計算機資源を必要とすることがなく、一般的
なパソコンなどで解析することが可能であるので、従来
と比較してマイクロストリップアンテナの設計にかかる
コストを低減することもできる効果がある。
【図１】 この発明の実施の形態１によるマイクロスト
リップアンテナを示す図であり、（ａ）は斜視図、
（ｂ）はマイクロストリップアンテナの下面に形成され
た地導体の一部を拡大した図である。
リップアンテナを示す図であり、（ａ）は斜視図、
（ｂ）はマイクロストリップアンテナの下面に形成され
た地導体の一部を拡大した図である。
【図２】 円形パッチを有するマイクロストリップアン
テナの解析モデルを示す斜視図である。
テナの解析モデルを示す斜視図である。
【図３】 式（２１）〜式（２４）で表されるＴＭ110
モードの電磁界分布を示す図で、上方は円形パッチの上
面図、その下方は縦断面図である。
モードの電磁界分布を示す図で、上方は円形パッチの上
面図、その下方は縦断面図である。
【図４】 この実施の形態１によるマイクロストリップ
アンテナの動作周波数を決定する手順を示すフローチャ
ートである。
アンテナの動作周波数を決定する手順を示すフローチャ
ートである。
【図５】 開口部の位置を変化させた場合の動作周波数
を式（１）により計算した値を示すグラフ図である。
を式（１）により計算した値を示すグラフ図である。
【図６】 この発明の実施の形態１によるマイクロスト
リップアンテナの動作周波数を決定する他の手順を示す
フローチャートである。
リップアンテナの動作周波数を決定する他の手順を示す
フローチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態１によるマイクロスト
リップアンテナにメッシュ状パッチを設けた例を示す斜
視図である。
リップアンテナにメッシュ状パッチを設けた例を示す斜
視図である。
【図８】 この発明の実施の形態２によるマイクロスト
リップアンテナの動作周波数を決定する手順を示すフロ
ーチャートである。
リップアンテナの動作周波数を決定する手順を示すフロ
ーチャートである。
【図９】 開口部の位置を変化させた場合の動作周波数
を式（２）により計算した値を示すグラフ図である。
を式（２）により計算した値を示すグラフ図である。
【図１０】 この発明の実施の形態３によるマイクロス
トリップアンテナの放射損ＰL を実験的に求める測定方
法の一例を示す模式図である。
トリップアンテナの放射損ＰL を実験的に求める測定方
法の一例を示す模式図である。
【図１１】 この発明の実施の形態４によるマイクロス
トリップアンテナを示す図であり、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は上面からのパッチの拡大図、（ｃ）は下面に形
成された地導体の一部を拡大した図である。
トリップアンテナを示す図であり、（ａ）は斜視図、
（ｂ）は上面からのパッチの拡大図、（ｃ）は下面に形
成された地導体の一部を拡大した図である。
【図１２】 矩形パッチを有するマイクロストリップア
ンテナの解析モデルを示す斜視図である。
ンテナの解析モデルを示す斜視図である。
【図１３】 式（３４）〜式（３６）で表されるＴＭ
100 モードの電磁界分布の示す図で、上方は矩形パッチ
の上面図、その下方は縦断面図である。
100 モードの電磁界分布の示す図で、上方は矩形パッチ
の上面図、その下方は縦断面図である。
【図１４】 この発明の実施の形態４によるマイクロス
トリップアンテナにメッシュ状パッチを設けた例を示す
図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面からのパッチ
の拡大図である。
トリップアンテナにメッシュ状パッチを設けた例を示す
図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面からのパッチ
の拡大図である。
【図１５】 従来のメッシュ構造を有したマイクロスト
リップアンテナを示す図であり、（ａ）は上面図、
（ｂ）は側面図、（ｃ）はパッチ及び地導体に形成され
たメッシュの開口部を示す斜視図である。
リップアンテナを示す図であり、（ａ）は上面図、
（ｂ）は側面図、（ｃ）はパッチ及び地導体に形成され
たメッシュの開口部を示す斜視図である。
１ 均一な平面状の円形パッチ（パッチ）、２ 誘電体
基板、３ メッシュ状の地導体（メッシュ状地導体）、
４ 開口部、５ メッシュ状の円形パッチ（メッシュ状
パッチ）、６は均一な平面状の地導体（平面状地導
体）、７ 均一な平面状の矩形パッチ、８，Ｆ 給電
点、９ マイクロストリップアンテナ内部に形成される
磁界が最大となる位置、１０ メッシュ状の矩形パッチ
（メッシュ状パッチ）。
基板、３ メッシュ状の地導体（メッシュ状地導体）、
４ 開口部、５ メッシュ状の円形パッチ（メッシュ状
パッチ）、６は均一な平面状の地導体（平面状地導
体）、７ 均一な平面状の矩形パッチ、８，Ｆ 給電
点、９ マイクロストリップアンテナ内部に形成される
磁界が最大となる位置、１０ メッシュ状の矩形パッチ
（メッシュ状パッチ）。
Claims (10)
- 【請求項１】 導体のパッチと、地導体と、上記パッチ
及び上記地導体との間に設けた誘電体基板とを備え、上
記パッチ若しくは地導体に複数の開口部を有するメッシ
ュを設けたマイクロストリップアンテナにおいて、 所望の動作周波数に下記式（１）に基づいて算出した動
作周波数ｆが一致するように、下記式（１）の構成要素
の値を設定したことを特徴とするマイクロストリップア
ンテナ： ｆ＝ｆ0 ・Ｗt ／［Ｗt ＋MΣm=1｛μ・ｒ0 3・｜Ｈ0 （ｘm，ｙm）｜2 ／３− ε・ｒ0 ３・｜Ｅ0 （ｘm ，ｙm ）｜2 ／６］ ・・・（１） ｒ0 は上記メッシュの複数の開口部を全て同一の円形と
仮定した場合における上記開口部の半径、ｆ0 は平面状
のパッチ及び地導体を備えたマイクロストリップアンテ
ナを仮定して算出した動作周波数、Ｗt は上記平面状の
パッチ及び地導体を備えたマイクロストリップアンテナ
を仮定して算出したマイクロストリップアンテナ内部に
蓄えられるエネルギー、Ｍは上記開口部の個数、
（ｘm ，ｙm ）は上記開口部の中心位置の座標、Ｈ
0 （ｘm ，ｙm ）は上記開口部の中心位置の座標
（ｘm ，ｙm ）における磁界、Ｅ0 （ｘm ，ｙm ）は上
記開口部の中心位置の座標（ｘm ，ｙm ）における電
界、μ及びεはそれぞれ上記平面状のパッチ及び地導体
を備えたマイクロストリップアンテナを仮定して算出し
たマイクロストリップアンテナ内部の透磁率、誘電率で
ある。 - 【請求項２】 所望の動作周波数と、式（１）に基づい
て算出した動作周波数ｆとが一致するように、メッシュ
の開口部の半径ｒ0 、若しくは形成位置の少なくとも一
方を適宜変更することを特徴とする請求項１記載のマイ
クロストリップアンテナ。 - 【請求項３】 誘電体基板の厚さを厚くして、平面状の
パッチ及び地導体を備えたマイクロストリップアンテナ
を仮定して算出した動作周波数ｆ0 と、式（１）に基づ
いて算出した動作周波数との値の差が小さくなるように
したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のマイ
クロストリップアンテナ。 - 【請求項４】 導体のパッチと、地導体と、上記パッチ
及び上記地導体との間に設けた誘電体基板とを備え、上
記パッチ若しくは地導体に複数の開口部を有するメッシ
ュを設けたマイクロストリップアンテナにおいて、 所望の動作周波数に下記式（２）に基づいて算出した動
作周波数ｆが一致するように、下記式（２）の構成要素
の値を設定したことを特徴とするマイクロストリップア
ンテナ： ｆ＝ｆ0 −ｊ・ＰL ／（２・Ｗt ） ・・・（２） ｆ0 は平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロスト
リップアンテナを仮定して算出した動作周波数、Ｗt は
上記平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロストリ
ップアンテナを仮定して算出したマイクロストリップア
ンテナ内部に蓄えられるエネルギー、ＰL は全ての開口
部からの放射損、ｊは虚数√（−１）である。 - 【請求項５】 所望の動作周波数と、式（２）に基づい
て算出した動作周波数とが一致するように、メッシュの
開口部の形状、大きさ 、及び形成位置の少なくとも一
つを適宜変更することを特徴とする請求項４記載のマイ
クロストリップアンテナ。 - 【請求項６】 誘電体基板の厚さを厚くして、平面状の
パッチ及び地導体を備えたマイクロストリップアンテナ
を仮定して算出した動作周波数ｆ0 と、式（２）に基づ
いて算出した動作周波数との値の差が小さくなるように
したことを特徴とする請求項４又は請求項５記載のマイ
クロストリップアンテナ。 - 【請求項７】 平面状のパッチ及び地導体を備えたマイ
クロストリップアンテナを仮定し、その給電点の位置か
ら一義的に決定される磁界強度が最大となる位置に、メ
ッシュの開口部の形成位置が重ならないようにすること
を特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項
記載のマイクロストリップアンテナ。 - 【請求項８】 全ての開口部からの放射損ＰL は、実験
的に求められることを特徴とする請求項４記載のマイク
ロストリップアンテナ。 - 【請求項９】 導体のパッチと、地導体と、上記パッチ
及び上記地導体との間に設けた誘電体基板とを備え、上
記パッチ若しくは地導体に複数の開口部を有するメッシ
ュを設けたマイクロストリップアンテナの設計方法にお
いて、 平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロストリップ
アンテナの動作周波数ｆ0 を算出するステップと、 上記平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロストリ
ップアンテナの内部に蓄えられるエネルギーＷt を算出
するステップと、 請求項１記載の式（１）に基づいて動作周波数を算出す
るステップと、 上記式（１）に基づいて算出された動作周波数と所望の
動作周波数とを比較するステップと、 上記式（１）に基づいて算出された動作周波数と上記所
望の動作周波数とが一致しない場合、上記両者の値が一
致するように上記開口部の半径ｒ0 、若しくは形成位置
の少なくとも一方を適宜変更するステップとを備えたこ
とを特徴とするマイクロストリップアンテナの設計方
法。 - 【請求項１０】 導体のパッチと、地導体と、上記パッ
チ及び上記地導体との間に設けた誘電体基板とを備え、
上記パッチ若しくは地導体に複数の開口部を有するメッ
シュを設けたマイクロストリップアンテナの設計方法に
おいて、 平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロストリップ
アンテナの動作周波数ｆ0 を算出するステップと、 上記平面状のパッチ及び地導体を備えたマイクロストリ
ップアンテナの内部に蓄えられるエネルギーＷt を算出
するステップと、 全ての開口部からの放射損ＰL を算出するステップと、 請求項４記載の式（２）に基づいて動作周波数を算出す
るステップと、 上記式（２）に基づいて算出された動作周波数と所望の
動作周波数とを比較するステップと、 上記式（２）に基づいて算出された動作周波数と上記所
望の動作周波数とが一致しない場合、上記両者の値が一
致するように上記開口部の形状、大きさ 、及び形成位
置の少なくとも一つを適宜変更するステップとを備えた
ことを特徴とするマイクロストリップアンテナの設計方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28580199A JP2001111328A (ja) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | マイクロストリップアンテナ及びその設計方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28580199A JP2001111328A (ja) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | マイクロストリップアンテナ及びその設計方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001111328A true JP2001111328A (ja) | 2001-04-20 |
Family
ID=17696265
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28580199A Abandoned JP2001111328A (ja) | 1999-10-06 | 1999-10-06 | マイクロストリップアンテナ及びその設計方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001111328A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004159341A (ja) * | 2002-11-07 | 2004-06-03 | Ma Com Inc | アンテナユニット及び複数マイクロストリップアンテナアレー間の絶縁改良方法 |
| JP2009206262A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Rohm Co Ltd | 半導体集積回路 |
| JP2011510526A (ja) * | 2007-12-06 | 2011-03-31 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） | 機能拡張されたディスプレイ構成 |
| WO2014002437A1 (ja) * | 2012-06-26 | 2014-01-03 | 東洋製罐グループホールディングス株式会社 | Ｒｆタグ |
| JP2014007655A (ja) * | 2012-06-26 | 2014-01-16 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | Ｒｆタグ |
| JP2020005233A (ja) * | 2018-07-02 | 2020-01-09 | 日本電信電話株式会社 | フェーズドアレーアンテナシステム |
| WO2020090583A1 (ja) * | 2018-11-02 | 2020-05-07 | 京セラ株式会社 | 配線基板 |
-
1999
- 1999-10-06 JP JP28580199A patent/JP2001111328A/ja not_active Abandoned
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004159341A (ja) * | 2002-11-07 | 2004-06-03 | Ma Com Inc | アンテナユニット及び複数マイクロストリップアンテナアレー間の絶縁改良方法 |
| JP2011510526A (ja) * | 2007-12-06 | 2011-03-31 | テレフオンアクチーボラゲット エル エム エリクソン（パブル） | 機能拡張されたディスプレイ構成 |
| JP2009206262A (ja) * | 2008-02-27 | 2009-09-10 | Rohm Co Ltd | 半導体集積回路 |
| WO2014002437A1 (ja) * | 2012-06-26 | 2014-01-03 | 東洋製罐グループホールディングス株式会社 | Ｒｆタグ |
| JP2014007655A (ja) * | 2012-06-26 | 2014-01-16 | Toyo Seikan Kaisha Ltd | Ｒｆタグ |
| US9547817B2 (en) | 2012-06-26 | 2017-01-17 | Toyo Seikan Group Holdings, Ltd. | RF tag |
| JP2020005233A (ja) * | 2018-07-02 | 2020-01-09 | 日本電信電話株式会社 | フェーズドアレーアンテナシステム |
| WO2020090583A1 (ja) * | 2018-11-02 | 2020-05-07 | 京セラ株式会社 | 配線基板 |
| JP2020072235A (ja) * | 2018-11-02 | 2020-05-07 | 京セラ株式会社 | 配線基板 |
| JP7237532B2 (ja) | 2018-11-02 | 2023-03-13 | 京セラ株式会社 | 配線基板 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Hassan et al. | Topology optimization of metallic antennas | |
| Guha et al. | Microstrip and printed antennas: new trends, techniques and applications | |
| Li et al. | Locally resonant cavity cell model for electromagnetic band gap structures | |
| Komanduri et al. | A general method for designing reduced surface wave microstrip antennas | |
| Barbuto et al. | Characteristic impedance of a microstrip line with a dielectric overlay | |
| Alkurt et al. | Octagonal shaped metamaterial absorber based energy harvester | |
| Guo et al. | Broadband omnidirectional patch antenna with horizontal gain enhanced by near‐zero‐index metamaterial cover | |
| JP2001111328A (ja) | マイクロストリップアンテナ及びその設計方法 | |
| Dorbin et al. | Analytical estimation of the efficiency of surface-wave-excited plasma monopole antennas | |
| Wang et al. | A three-dimensional angle-optimized finite-difference time-domain algorithm | |
| Imani et al. | Planar near-field plates | |
| De Aza et al. | Radiation pattern computation of cavity-backed and probe-fed stacked microstrip patch arrays | |
| Koziel et al. | Simulation-driven design in microwave engineering: application case studies | |
| Shim et al. | Optimal design of frequency selective surface by genetic algorithm | |
| Uchida et al. | Simultaneous shape and topology optimization for the design of patch antennas | |
| Dogan et al. | On the electromagnetic fields excited in a finite-length circular cylindrical cavity by plane wave incidence on a longitudinal aperture | |
| He et al. | Accurate analysis of arbitrarily shaped wire antenna-dielectric radome structures | |
| Alù et al. | Method of lines numerical analysis of conformal antennas | |
| Li et al. | A moment-based study on the impedance effect of mutual coupling for VLF umbrella antenna arrays | |
| Asakawa | Investigation of a slot nanoantenna in optical frequency range | |
| Günel | Continuous hybrid approach to the modified resonant frequency calculation for circular microstrip antennas with and without air gaps | |
| Diebold et al. | Patch reflectarray design using a discrete dipole framework | |
| Sathi et al. | Optimization of circular ring microstrip antenna using genetic algorithm | |
| Ates et al. | Design and Modeling of a Microstrip Patch Antenna by Using Finite Difference Time Domain (FDTD) Method and Computer Aided Simulations | |
| Ludvig-Osipov et al. | Evaluation of the electric polarizability for planar frequency-selective arrays |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20050112 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Effective date: 20050118 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 |
|
| A762 | Written abandonment of application |
Effective date: 20050301 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A762 |