JP2002198724A

JP2002198724A - マイクロストリップアンテナ

Info

Publication number: JP2002198724A
Application number: JP2000393657A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Goto; 弘通後藤; Katsuya Tsukamoto; 活也塚本
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2000-12-25
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2002-07-12

Abstract

(57)【要約】【課題】マイクロストリップアンテ薄型化を目的とす
る。【解決手段】直方体の誘電体基板４と誘電体基板４の上
面に正方形の放射導体２を形成し、放射導体２の給電点
Ｆ側の一辺２１の中点から誘電体基板４の端部まで帯状
の給電ライン５を形成し、放射導体２を取り囲むように
接地導体３を形成する。放射導体２と接地導体３は、一
定間隔Ｄ１を設け、接地導体３と給電ライン５も一定間
隔Ｄ２を設けて接地導体３を形成する。同一平面上に放
射導体２と接地導体３とを形成することにより誘電体基
板４の厚さＨを小さくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＧＰＳアンテナや
携帯電話機内蔵アンテナに広く使われるマイクロストリ
ップアンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マイクロストリップアンテナは、セラミ
ック素子や銅張積層板等を用いて、ＧＰＳや携帯電話機
のアンテナ等に広く使用されている。図１９に、従来の
マイクロストリップアンテナの構成を示す。図１９(ａ)
は、従来のマイクロストリップアンテナ２００の斜視図
であり、(ｂ)は、同図(ａ)のＡ−Ａ線からの断面図であ
る。図１９のマイクロストリップアンテナ２００は、直
方体状に形成した誘電体基板２０３と誘電体基板２０３
の表面に形成した長方形の放射導体２０１と、誘電体基
板２０３の下面に形成した接地導体２０２と、放射導体
２０１の中心からずれた位置に形成した給電用ピン２０
４とからなる。

【０００３】この構成によれば、給電用ピン２０４に高
周波電流を給電することにより、放射導体２０１と接地
導体２０２間で誘電体基板２０３の厚さＨ方向に電界を
発生させ，放射導体２０１から電波を放射させることが
できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１の
構成では、接地導体２０２と放射導体２０１の盤面とを
互いに所定の間隔Ｈを設けて対向させているのでマイク
ロストリップアンテナ２００の厚みが厚くなり、小型、
薄型化が要求される携帯電話等に適用したときは、機器
自体が厚くなるという問題がある。一方、誘電体基板２
０３を薄くすることで、マイクロストリップアンテナの
厚さＨを薄くすることは可能であるが、このようにする
と放射特性やインピーダンス特性を悪化するおそれがあ
り、薄型化にも一定の限界がある。

【０００５】本発明は、上記課題を解決するためになさ
れたものであり、薄型化したアンテナを提供することを
目的している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
基板と、基板の一方面に形成した放射導体と、放射導体
の外縁の一部から基板の端部まで帯状に延びる給電ライ
ンと前記放射導体及び給電ラインとの間に一定の間隔を
設けてこれらを取り囲むように形成した接地導体とから
なるマイクロストリップアンテナである。

【０００７】この構成によれば、放射導体と接地導体と
が基板の同一面上に形成されるため、基板の厚さを薄く
することでアンテナの薄型化が可能となる。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、放射導体にスリットを設けたものである。
この構成によれば、放射導体にスリットを設けることで
当該放射導体の寸法を短縮できるのでアンテナを小型化
することができる。

【０００９】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の発明において、放射導体に前記給電ラインを挟み
２つのスリットを設けたものである。この構成によれ
ば、給電ラインと放射導体との接続点(給電点)を、実質
的に放射導体の内側に設けることができるので給電ライ
ンの長さを調節することにより、アンテナのインピーダ
ンス調整が容易となる。

【００１０】請求項４記載の発明は、請求項１〜３のい
ずれかに記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
前記放射導体の外縁部に、給電点と放射導体中心とを結
ぶ方向を基準として４５°の位置に面取り部又は凹状の
切り込み部を形成したものである。この構成によれば、
放射導体に面取り部を形成しているため、マイクロスト
リップアンテナは円偏波アンテナとして動作する。

【００１１】請求項５記載の発明は、請求項１〜３いず
れかに記載のマイクロストリップアンテナにおいて、前
記放射導体の外縁部に、給電点と放射導体中心とを結ぶ
方向を基準として、４５°の位置に突起を形成したもの
である。この構成によれば、放射導体に突起を形成して
いるため、請求項４記載の発明同様、マイクロストリッ
プアンテナは円偏波アンテナとして動作する。

【００１２】請求項６記載の発明は、請求項１〜６記載
のマイクロストリップアンテナにおいて、前記誘電体を
可撓性を有する材質で構成したものである。この構成に
よれば、誘電体基板が可撓性を有するため、アンテナを
器機等に取り付けるに際して、アンテナの固定方法の自
由度を高めることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の１〜６の実施形態
を示す。

【００１４】(第１実施形態)図１は、第１実施形態のマ
イクロストリップアンテナ１の構成を示している。

【００１５】第１実施形態のマイクロストリップアンテ
ナ１は、直方体の誘電体基板４の一方面の略中央に放射
導体２を形成するとともに、放射導体２の一辺２１の中
点(給電点Ｆ)から誘電体基板４の端部まで延びる帯状の
給電ライン５を形成し、放射導体２及び給電ライン５を
取り囲むように接地導体３を形成して構成されている。
更に、放射導体２と接地導体３とは一定間隔Ｄ１、接地
導体３と給電ライン５とは一定間隔Ｄ２が設けられてい
る。

【００１６】この構成によれば、電圧源６から給電ライ
ン５の端部へ高周波電流を給電すると、誘電体基板４の
同一面上に形成された放射導体２と接地導体３との間
(Ｄ１方向)で、電界が生じ、放射導体２から電波が放射
される。したがって、本実施形態におけるマイクロスト
リップアンテナ１は、図１９に示す従来のマイクロスト
リップアンテナ２００のように誘電体基板の厚さ方向Ｈ
に対して電界を生じるのではなく、厚さ方向と垂直方向
(Ｄ１方向)に電界を生じさせるため誘電体基板４の厚さ
Ｈを薄くすることができる。

【００１７】図２は、第１実施形態のマイクロストリッ
プアンテナの測定点Ｃにおける、周波数を１５００ＭＨ
Ｚ〜２５００ＭＨＺまでのインピーダンス特性を実測し
たもので、(ａ)は、そのインピーダンス特性を示したス
ミスチャートで表わしたものであり、(ｂ)は、スミスチ
ャートに基づいてＶＳＷＲ特性を作成したものである。
図２(ｂ)において、縦軸はＶＳＷＲを、横軸は周波数を
示している。また、図３は、インピーダンス測定を行っ
たマイクロストリップアンテナの寸法等を示す図であ
る。なお、図２は特性インピーダンス５０Ωの測定系で
測定したものである。また、点Ｐ１、Ｐ２はＶＳＷＲ＝
３．０の周波数を示し、マーカー点Ｋは、ＶＳＷＲの値
が最小となる周波数ｆを示している。

【００１８】図４は、本実施形態のマイクロストリップ
アンテナとの比較のため、図１９に示す従来のマイクロ
ストリップアンテナのインピーダンス特性を実測したも
のである。

【００１９】図５は、インピーダンス特性の測定を行っ
た従来のマイクロストリップアンテナの寸法等を示す図
である。

【００２０】図２(ｂ)において、ＶＳＷＲ＜＝３．０の
周波数範囲を帯域幅の評価範囲とすると、帯域幅Δｆ
は、Ｐ１(１９６７ＭＨＺ)〜Ｐ２(２３００ＭＨＺ)の範
囲で３３３ＭＨＺとなる。帯域幅Δｆをマーカー点Ｋの
周波数ｆ(＝２１３５ＭＨＺ)で割り１００をかけた値を
比帯域幅とすると、本実施形態のＶＳＷＲ＜＝３．０で
の比帯域幅Ｗ［％］は、Δｆ／ｆ×１００＝３３３／２
１３５×１００＝１５．６％となる。

【００２１】一方、図４においては、帯域幅Δｆは、Ｐ
１(２１１４ＭＨＺ)〜Ｐ２(２１５０ＭＨＺ)の範囲で３
６ＭＨＺとなり、ｆ＝２１２５ＭＨＺであるから、比帯
域幅ＷはΔｆ／ｆ×１００＝３６／２１２５×１００＝
１．７％となっている。両者を比較すれば明らかなよう
に、本実施形態のマイクロストリップアンテナ１は、従
来例に比較して大幅に帯域幅が広くなることが分かる。

【００２２】したがって、本実施形態のマイクロストリ
ップアンテナ１は、誘電体基板４の厚さＨを、従来のマ
イクロストリップアンテナ２００の厚さＨより薄くして
も、十分な帯域幅を確保することができ携帯電話やＧＰ
Ｓ等の一定の帯域幅を要する機器のアンテナに活用する
ことができる。

【００２３】(第２実施形態)図６は、第２実施形態のマ
イクロストリップアンテナ２０を示している。図１に示
すマイクロストリップアンテナ１において、給電ライン
５を挟み給電ライン５の長さ方向と平行に２本のスリッ
ト７を設けたものである。スリット７を設けることによ
り、給電ライン５の長さが、スリット７の切り込み分長
くなる。このため、給電点Ｆは、スリット７の長さ分放
射導体内に移動する。したがって、給電ライン５の長さ
Ｌが図１に示すマイクロストリップアンテナに対してＬ
１分長くなる。この給電ライン５の長さＬを変化させる
ことによりマイクロストリップアンテナの入力インピー
ダンスを調節することができる。

【００２４】図７は、第２実施形態のマイクロストリッ
プアンテナ２０の周波数が１５００ＭＨＺ〜２５００Ｍ
ＨＺまでのインピーダンス特性を実測したものである。
図７(ａ)はスミスチャートを示しており、(ｂ)は周波数
とＶＳＷＲの関係を示している。図８は、インピーダン
ス測定を行ったマイクロストリップアンテナ２０の寸法
等を示す図である。インピーダンス測定の測定系は図２
のものと同一である。また、Ｐ１、Ｐ２は、ＶＳＷＲ＝
３．０の周波数を示し、マーカー点Ｋは、ＶＳＷＲが最
小となる周波数ｆを示している。図２(ｂ)のマーカー点
ＫのＶＳＷＲと図７(ｂ)のマーカー点ＫのＶＳＷＲを比
較すれば明らかなように、前者はＶＳＷＲ＝２．４で後
者はＶＳＷＲ＝１．６であるから、スリット７を設ける
ことでＶＳＷＲが改善できることが分かる。

【００２５】(第３実施形態)図９は、第３実施形態のマ
イクロストリップアンテナ３０の構成図である。図９
(ａ)は斜視図であり、(ｂ)は上面図を示している。

【００２６】図９(ａ)に示すマイクロストリップアンテ
ナ３０は、図１に示すマイクロストリップアンテナ１に
おいて、放射導体２の給電点Ｆ側の一辺２１と直行する
２辺２２，２３の略中央に、放射導体２の給電点Ｆ側の
一辺２１と平行に一対の適宜長のスリット８を設けたも
のである。スリット８は、放射導体２のサイズを小型化
する機能を有している。すなわち、放射導体２にスリッ
ト８を設けると、図９(ｂ)に示すように放射導体２上を
流れる高周波電流は、スリット８がある分迂回して流
れ、電流経路が長くなり、放射導体２の全体サイズは変
わらないが、アンテナの特性上放射導体２の表面積を大
きくしたのと同一の効果を得ることができる。放射導体
２のサイズは、動作周波数の波長λに依存し、動作周波
数λが長いほど放射導体２のサイズは大きくなる。放射
導体２のサイズが見かけ上大きくなるということは、見
かけ上波長λが長くなる。すなわち、動作周波数が下が
ることを意味する。したがって、スリット８を入れるこ
とで、目標とする周波数に対する放射導体２のサイズを
小さくすることができ、この結果アンテナ全体を小型化
することができる。

【００２７】この場合スリット８の数は１対に限定され
るものではなく複数対設けてもよい。

【００２８】また、図１０に示すように、放射導体２の
中心部にスリット９を設けることによっても、同様の効
果を得ることができる。すなわち、放射導体２を流れる
高周波電流は、中心部に設けられたスリット９を迂回し
て流れるため、エレメント長が電気的に長くなりアンテ
ナを小型化することができる。この場合もスリット９の
数は、１に限定されず複数個設けてもよい。

【００２９】(実施形態４)図１１は、実施形態４のマイ
クロストリップアンテナ４０の斜視図である。図１１に
示すマイクロストリップアンテナ４０は、図１に示すマ
イクロストリップアンテナ１において放射導体２の中心
Ｏと給電点Ｆとを結ぶ方向を基準として、４５°の位
置、つまり、放射導体２の対角線上にある１組の角(図
１１では、右上隅と左下隅の角)に面取り部１０を形成
している。面取り部１０は、本マイクロストリップアン
テナ４０を円偏波アンテナとして動作することを可能と
している。すなわち、面取り部１０を設けることによ
り、アンテナ内の生じる電磁波の主モードへの縮退を解
いて、電磁界を２つのモードに分離し、これら２つのモ
ードの電磁波の位相差を９０度に調整し、本マイクロス
トリップアンテナ４０から円偏波を発生させるようにし
たものである。

【００３０】本実施形態のマイクロストリップアンテナ
４０は、円偏波アンテナとして動作するので、ＧＰＳ等
の無線通信システムに適している。

【００３１】なお、図１１において、面取り部１０は、
放射導体２の左上隅、右下隅の角に設けてもよい。

【００３２】本実施形態では、マイクロストリップアン
テナ４０を円偏波アンテナとして動作させるために、放
射導体２に対角線上の面角に面取り部１０を設けたが、
図１２に示すように面取り部１０に代えて放射導体２の
対角線上の面角に凸状の切り込み部１１を設けてもよ
い。更に、図１３に示すように放射導体２の対角線上の
面角に一組の角に凸状の突起１２を設けてもよい。

【００３３】(第５実施形態)図１４は、第５実施形態に
かかるマイクロストリップアンテナ５０を示している。

【００３４】図１４に示すマイクロストリップアンテナ
５０は、図１に示すマイクロストリップアンテナ１にお
いて、インピーダンス調整用のスリット７、放射導体２
のサイズ調整用の３対のスリット８、及び円偏波を発生
させるための面取り部１０を設けたものである。本実施
形態は、円偏波として動作し、しかも、インピーダンス
調整や放射導体２のサイズ調整が可能となっているの
で、ＧＰＳを用いた携帯機器のアンテナとして有益なア
ンテナを実現することができる。

【００３５】図１５は、ＧＰＳ用のアンテナとして第５
実施形態のマイクロスストリップアンテナ５０を試作し
たもののインピーダンス特性を測定したものである。図
１６は、インピーダンス測定を行ったマイクロストリッ
プアンテナ５０の寸法等を示す図である。なお、インピ
ーダンス測定は特性インピーダンス５０Ωの測定系で行
っている。

【００３６】図１５において、マーカー点Ｋは、ＧＰＳ
の周波数帯域の中心周波数ｆo(＝１５７５．４２ＭＨ
Ｚ)である。また、Ｐ１、Ｐ２はＶＳＷＲ＝２．０で、
Ｐ１の周波数は１５４７ＭＨＺでありＰ２の周波数は１
６３５ＭＨＺである。したがって、ＶＳＷＲ＝２．０の
帯域幅は、８８ＭＨＺとなり、ＧＰＳ用アンテナとして
十分使用することができる周波数帯域を確保している。

【００３７】ところで、図７(ｂ)と図１５とを比較すれ
ば上述のスリット８の効果をインピーダンス特性から確
認することができる。すなわち、スリット８を入れない
ものでは、マーカー点Ｋの周波数ｆは２０２０ＭＨＺで
ある(図７(ｂ)参照)のに対して、スリット８を入れたも
のでは、マーカー点Ｋの周波数が１５７５ＭＨＺとなり
(図１５参照)、アンテナ寸法がほぼ同一であるにも関わ
らず、マーカー点Ｋの周波数は２０％程度低くなってい
る。

【００３８】したがって、同一波長に適合するマイクロ
ストリップアンテナを作成する場合、放射導体２にスリ
ット８を入れることでマイクロストリップアンテナを小
型化することができる。

【００３９】上記第１〜第５実施形態では、放射導体２
の形状を正方形とし、誘電体基板４の形状を直方体とし
たが、本発明はこれに限らず、誘電体基板４を円形、楕
円形とし、誘電体基板４を円柱形状としてもよい。

【００４０】また、上記第１〜第５実施形態では、放射
導体２から給電ライン５を基板４の端部まで延設してい
たが、図１７に示すように、給電ライン５を例えば、同
軸ケーブル等の給電線Ｑを直接アンテナに取り付けるも
のでもよい。

【００４１】また、上記第１〜第５実施形態では、誘電
体基盤４を薄板状としたが、図１８に示すように基板を
可撓性を有する部材で構成し、アンテナ全体にフレキシ
ビリティーを持たせてもよい。このようにすることで、
携帯機器本体の丸みを帯びた側面等に容易に取り付ける
ことができる。

【００４２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、接地導体
と放射導体を同一平面上に形成することにより、誘電体
基板を薄くすることができる。

【００４３】請求項２記載の発明によれば、放射導体に
スリットを設けることにより、給電ライン長を長くする
ことができマイクロストリップアンテナの入力インピー
ダンスを調整することができる。

【００４４】請求項３記載の発明によれば、放射導体に
スリットを設けることにより、放射導体を流れる電流の
電流経路が長くなるため、マイクロストリップアンテナ
を小型化することができる。

【００４５】請求項４記載の発明により、アンテナを円
偏波アンテナとして動作させることができる。

【００４６】請求項５記載の発明によれば、放射導体に
凸状導体を備えたことにより、アンテナを円偏波アンテ
ナとして動作させることができる。

【００４７】請求項６記載の発明によれば、誘電体基板
を可撓性を有する材質で形成したため、アンテナの機器
等の形成品への取り付けが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態のマイクロストリップアンテナの
構成図。

【図２】第１実施形態のマイクロストリップアンテナの
インピーダンス特性を示す図。

【図３】第１実施形態のマイクロストリップアンテナの
寸法等を示す図。

【図４】従来のマイクロストリップアンテナのインピー
ダンス特性を示す図。

【図５】従来のマイクロストリップアンテナの寸法等を
示す図。

【図６】第２実施形態のマイクロストリップアンテナ構
成を示す図。

【図７】第２実施形態のマイクロストリップアンテナの
インピーダンス特性を示す図。

【図８】第２実施形態のマイクロストリップアンテナの
寸法等を示す図。

【図９】第３実施形態のマイクロストリップアンテナの
構成図。

【図１０】第３実施形態のマイクロストリップアンテナ
の構成図。

【図１１】第３実施形態のマイクロストリップアンテナ
の構成図。

【図１２】第３実施形態のマイクロストリップアンテナ
の構成図。

【図１３】第４実施形態のマイクロストリップアンテナ
の構成図。

【図１４】第５実施形態のマイクロストリップアンテナ
の構成図。

【図１５】第５実施形態のマイクロストリップアンテナ
のインピーダンス特性を示す図。

【図１６】第５実施形態のマイクロストリップアンテナ
の寸法等を示す図。

【図１７】給電ライン５に代えて、同軸ケーブル等の給
電線により給電したときのマイクロストリップアンテ
ナ。第５実施形態のマイクロストリップアンテナの寸法
等を示す図。

【図１８】誘電体基板の材質を可撓性を有する部材で構
成したマイクロストリップアンテナを示す図。

【図１９】従来のマイクロストリップアンテナの構成
図。

【符号の説明】

２放射導体３接地導体４誘電体基板５給電ライン６電圧源７８９スリット１０面取り部１１切り込み部１２突起Ｃ測定点Ｆ給電点

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板と、基板の一方面に形成した放射導
体と、放射導体の外縁の一部に形成した給電点と給電点
から基板の端部まで帯状に形成した給電ラインと前記放
射導体と給電ラインとの間に一定の間隔を設け放射導体
と取り囲むように形成した接地導体とからなるマイクロ
ストリップアンテナ。
【請求項２】放射導体にスリットを設けたことを特徴
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】放射導体に給電ラインを挟み給電ライン
と平行に２つのスリットを設けたことを特徴とする請求
項１または２記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項４】前記放射導体の外縁部に、給電点と放射
導体中心とを結ぶ方向を基準として４５°の位置に面取
り部又は凹状の切り込み部を形成したことを特徴とする
請求項１〜３のいずれかに記載のマイクロストリップア
ンテナ。
【請求項５】前記放射導体の外縁部に、給電点と放射
導体中心とを結ぶ方向を基準として、４５°の位置に突
起を形成したことを特徴とする請求項１〜３いずれかに
記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項６】前記基板を可撓性を有する材質で構成し
たことを特徴とする請求項１〜５いずれかに記載のマイ
クロストリップアンテナ。