JP2003258539A - マイクロストリップアンテナ - Google Patents

マイクロストリップアンテナ

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JP2003258539A
JP2003258539A JP2002060010A JP2002060010A JP2003258539A JP 2003258539 A JP2003258539 A JP 2003258539A JP 2002060010 A JP2002060010 A JP 2002060010A JP 2002060010 A JP2002060010 A JP 2002060010A JP 2003258539 A JP2003258539 A JP 2003258539A
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microstrip
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flexible
conductive
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Masato Tanaka
正人 田中
Saikaku Cho
宰赫 張
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Communications Research Laboratory
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    • HELECTRICITY
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    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q1/27Adaptation for use in or on movable bodies
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    • H01Q1/40Radiating elements coated with or embedded in protective material

Abstract

(57)【要約】 【課題】軽量かつ柔軟でしわがほぼ生じなく、服や帽子
等に縫い付けることが可能なウエアラブルアンテナとす
ること。 【解決手段】柔軟性の誘電体基板3と、該誘電体基板3
の下面に設けた柔軟性で導電性のグランド板2と、該誘
電体基板3の上面に設け、前記グランド板2より面積の
小さい柔軟性で導電性のマイクロストリップパッチ4と
より構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軽量かつ柔軟でし
わがほぼ生じなく、服や帽子等に縫い付けることが可能
なウエアラブルアンテナとなるマイクロストリップアン
テナに関する。
【0002】マイクロストリップアンテナは、自動車な
どの移動体局用アンテナ、携帯電話用アンテナ、衛星通
信用アンテナ、衛星放送受信用アンテナ等に使用され
る。
【0003】
【従来の技術】図8は従来例の説明図である。図8にお
いて、従来のマイクロストリップアンテナには、給電回
路用基板11、グランド板(地導体)12、アンテナ用
基板(誘電体)13、マイクロストリップパッチ14、
給電ピン15、給電導体16が設けてある。
【0004】グランド板12は、アンテナ用基板13と
給電回路用基板11の間に設けられる導体である。給電
回路用基板11は、給電ピン15に給電するための給電
導体16を設けるものである。給電導体16とグランド
板12によりマイクロストリップラインを形成し、電力
を伝送する線路となる。アンテナ用基板13は、上面に
マイクロストリップパッチ14を設けるものである。マ
イクロストリップパッチ14とグランド板12によりマ
イクロストリップアンテナを形成し、電波を放射する。
マイクロストリップパッチ14は、給電ピン15により
電力が給電されるものである。給電ピン15は、マイク
ロストリップパッチ14の内部に入り込んだ点で給電す
るものである。給電導体16は、給電ピン15に電力を
給電するものであった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のものは、ア
ンテナ用基板13と給電回路用基板11は、かたい物体
(剛体)でしかも重いものであった。また、マイクロス
トリップパッチ14、グランド板12等は銅はくでかた
い接着剤でアンテナ用基板13や給電回路用基板11に
接着されていた。したがって、服や帽子等に取り付ける
ことが難しいものであった。
【0006】本発明は上記問題点の解決を図り、軽量か
つ柔軟でしわがほぼ生じなく、服や帽子等に縫い付ける
ことが可能なウエアラブルアンテナとすることを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】図1は本発明のマイクロ
ストリップアンテナの説明図である。図1中、2はグラ
ンド板、3は誘電体基板、4はマイクロストリップパッ
チ、6はコネクタ、7は給電導体(マイクロストリップ
ライン)である。
【0008】本発明は、前記従来の課題を解決するため
次のような手段を有する。
【0009】(1):柔軟性の誘電体基板3と、該誘電
体基板3の下面に設けた柔軟性で導電性のグランド板2
と、該誘電体基板3の上面に設け、前記グランド板2よ
り面積の小さい柔軟性で導電性のマイクロストリップパ
ッチ4とより構成する。また、給電導体7も柔軟で導電
性を有する。このため、軽量かつ柔軟でしわがほぼ生じ
なく、平面でない場所にも取り付けが容易で、しかも服
や帽子等に縫い付けることが可能なウエアラブルアンテ
ナとすることができる。
【0010】(2):前記(1)のマイクロストリップ
アンテナにおいて、前記誘電体基板3を生地又はフェル
ト生地とし、前記グランド板2と前記マイクロストリッ
プパッチ4と給電導体7を導電性布とする。このため、
服や帽子等に容易に縫い付け、又は、埋め込んで使用す
ることができる。
【0011】
【発明の実施の形態】(1):アンテナの構造の説明 本発明のマイクロストリップアンテナがアンテナ動作
(電波放射)することを確認するため、次の図2の構造
のアンテナを作って試験を行った。
【0012】図2はマイクロストリップアンテナの説明
図であり、図2(a)は断面図、図2(b)は右上方か
ら見た図である。図2において、マイクロストリップア
ンテナには、グランド板(地導体)2、アンテナ用基板
(誘電体)3、マイクロストリップパッチ4、導電ピン
5、コネクタ6が設けてある。
【0013】グランド板2は、アンテナ用基板3の下面
に設けられるグランド面となる導体(地導体)であり、
導電性布で構成されている。アンテナ用基板3は、フェ
ルト材料等の柔軟性ある誘電体(この例では誘電率
εr :1.43 )である。マイクロストリップパッチ4は、
導電ピン5と電気的に接続され、グランド板2と同様の
導電性布で構成されている。導電ピン5は、マイクロス
トリップパッチ4の内部に入り込んだ点で電気的に接続
されるものである。コネクタ6は、細心同軸ケーブル用
のコネクタである。周波数2.5GHz、直線偏波を想
定して作成されている。給電方法は簡単のため、背面同
軸形給電方式としている。ここで、グランド板2の導電
性布は、電磁波シールド材として使用されるもので、縦
横が各150mmの四角、厚さ0.15mm、面密度8
0g/m2 、2.5GHzにおける反射損失及び透過損
失はそれぞれ0.03dB、74dBであり、例えば糸
に導電性の金属がコーティングされたものである。ま
た、アンテナ用基板3のフェルト材料の生地は、市販の
もので、比誘電率1.43、縦横が各150mmの四
角、厚さ1mmである。マイクロストリップパッチ4の
導電性布は、グランド板2と同じ材料で構成され、直径
60mmの円形である(図2(a)参照)。
【0014】図3はマイクロストリップアンテナを腕に
取り付けた時の説明図である。図3において、ウェアラ
ブルなマイクロストリップアンテナを腕に巻いた時の様
子を示している。グランド板2とマイクロストリップパ
ッチ4(図3では黒色で示す)は導電性布を、アンテナ
用基板3(図3では白色で示す)はフェルト生地を用い
ている。
【0015】(2):アンテナ特性の説明 :反射特性の説明 図4は反射特性の説明図である。ウェアラブルなマイク
ロストリップアンテナを服や帽子等に縫い付けて使用す
ることを想定して、このアンテナを曲げた時の反射特性
も示している。図4において、0degはアンテナを曲
げていない状態、90degはマイクロストリップパッ
チ4を中心にE面(plane )をU字型の内角に開いた状
態、180degはマイクロストリップパッチ4を中心
にE面をU字型に曲げた状態を意味する。
【0016】このアンテナのリターンロス(Return los
s )は、曲げていない状態で約−20dB近く、共振周
波数は2.505GHzであり、E面を曲げるにしたが
って、共振周波数が約25MHzずつずれて(減少)行
くような結果が得られた。H面(plane )に対しても同
様に曲げて測定した結果、周波数は約5MHzずつずれ
ていき、E面よりは小さくシフトされることがわかっ
た。
【0017】ここで、H面を曲げるとはマイクロストリ
ップパッチ4の中心と給電位置(導電ピン5との接続位
置)をつなぐ線を軸として曲げるものである。また、E
面を曲げるとはマイクロストリップパッチ4の中心と給
電位置をつなぐ線に直角な線を軸として曲げるものであ
る。
【0018】:利得特性の説明 H面及びE面を曲げた時の利得は、次の表1のようにな
る。利得の測定周波数はいずれも2.495GHzであ
る。なお、dBiの「i」は、無指向性アンテナと比較
した時の値であることを示している。
【0019】 図5は曲げていない時のH面及びE面の放射パターンの
説明図である。図6はE面を90deg及び180de
gに曲げた時の放射パターンの説明図である。図7はH
面を90deg及び180degに曲げた時の放射パタ
ーンの説明図である。
【0020】上記表1等より分かるように、利得はやは
りH面よりE面を曲げた時の利得が下がることがわか
る。一番利得が下がったのは、E面の180degの時
で、2.39dB下がっている。また、図6、図7の放
射パターンから、マイクロストリップアンテナを曲げる
程、ビーム幅が広がることが分かる。マイクロストリッ
プアンテナを曲げたときの利得低下は、共振周波数の変
化以外にビーム幅が広がったことも影響している。
【0021】これらの結果より、このマイクロストリッ
プアンテナの曲げ方は、電流のながれ方向に依存するこ
とが分かり、また、真正面でみた電流分布の密度によっ
て、劣化の程度が決まることが分かる。
【0022】このマイクロストリップアンテナは、実際
に使用する場合、180degに曲げることはあまりな
いことや、例えば帽子や背中などの平らなところを選ん
で、縫い付ける位置をよく選べば、マイクロストリップ
アンテナとして十分有効である。また、多少曲げられて
も利得が2dB程度劣化することを許容すれば、使用可
能なものである。
【0023】(3):他の構成の説明 グランド板2とアンテナ用基板3の形は、4角形だけで
なく、3角形、5角形以上の多角形、楕円、円形等とす
ることもできる。また、マイクロストリップパッチ4の
形は、円形だけでなく、3角、4角、5角以上の多角
形、楕円等とすることもできる。
【0024】マイクロストリップアンテナを服や帽子等
への取り付けは、パッチワーク等で表面に絶縁性の糸で
縫い付ける他、接着剤で接着、又は内部に埋め込むこと
もできる。また、ワンタッチで止められ引っ張ると簡単
に外せる面ファスナーをグランド板の下面に設けて取り
付けることも可能である。このように布で形成したマイ
クロストリップアンテナを服や帽子等へ縫い付け、又
は、内部に埋め込んだ場合、一緒に洗濯することも可能
となる。
【0025】アンテナ用基板3は、厚みがあまり薄いと
帯域幅をカバーできなくなる等のため、厚さは0.1m
m〜3mm程度で凹凸が少ない平面的で柔軟性のあるも
の、例えばフェルト(不織布)、布(織物)、紙、樹脂
等が適当である。また、マイクロストリップアンテナの
指向性を考慮して、帽子や服(着物)に複数個(例え
ば、帽子に45度の傾斜で120度間隔で3個)取り付
けて使用することもできる。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果がある。
【0027】(1):柔軟性の誘電体基板と、該誘電体
基板の下面に設けた柔軟性で導電性のグランド板と、該
誘電体基板の上面に設け、前記グランド板より面積の小
さい柔軟性で導電性のマイクロストリップパッチとより
構成するため、軽量かつ柔軟でしわがほぼ生じなく、服
や帽子等に縫い付けることが可能なウエアラブルアンテ
ナとすることができる。
【0028】(2):誘電体基板を生地とし、グランド
板とマイクロストリップパッチを導電性布とするため、
服や帽子等に容易に縫い付け、又は、埋め込んで使用す
ることができる。
【0029】(3):誘電体基板をフェルト生地とし、
グランド板とマイクロストリップパッチを導電性布とす
るため、服や帽子等に容易に縫い付け、又は、埋め込ん
で使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマイクロストリップアンテナの説明図
である。
【図2】実施の形態におけるマイクロストリップアンテ
ナの説明図である。
【図3】実施の形態におけるマイクロストリップアンテ
ナを腕に取り付けた時の説明図である。
【図4】実施の形態における反射特性の説明図である。
【図5】実施の形態における曲げていない時のH面及び
E面の放射パターンの説明図である。
【図6】実施の形態におけるE面を90deg及び18
0degに曲げた時の放射パターンの説明図である。
【図7】実施の形態におけるH面を90deg及び18
0degに曲げた時の放射パターンの説明図である。
【図8】従来例の説明図である。
【符号の説明】
2 グランド板 3 誘電体基板(アンテナ用基板) 4 マイクロストリップパッチ 6 コネクタ 7 給電導体(マイクロストリップライン)
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月23日(2003.6.2
3)
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0025
【補正方法】変更
【補正内容】
【0025】アンテナ用基板3は、厚みがあまり薄いと
帯域幅をカバーできなくなる等のため、厚さは0.1m
m〜3mm程度で凹凸が少ない平面的で柔軟性のあるも
の、例えばフェルト(不織布)、布(織物)、紙等が適
当である。また、マイクロストリップアンテナの指向性
を考慮して、帽子や服(着物)に複数個(例えば、帽子
に45度の傾斜で120度間隔で3個)取り付けて使用
することもできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5J045 AA05 AB03 AB06 DA10 EA07 HA03 MA02 5J046 AA01 AA04 AA08 AA09 AA19 AB13 PA07

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】柔軟性の誘電体基板と、 該誘電体基板の下面に設けた柔軟性で導電性のグランド
    板と、 該誘電体基板の上面に設け、前記グランド板より面積の
    小さい柔軟性で導電性のマイクロストリップパッチとよ
    り構成することを特徴としたマイクロストリップアンテ
    ナ。
  2. 【請求項2】前記誘電体基板を生地とし、 前記グランド板と前記マイクロストリップパッチを導電
    性布とすることを特徴とした請求項1記載のマイクロス
    トリップアンテナ。
  3. 【請求項3】前記誘電体基板をフェルト生地とし、 前記グランド板と前記マイクロストリップパッチを導電
    性布とすることを特徴とした請求項1記載のマイクロス
    トリップアンテナ。
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