JP2004146908A

JP2004146908A - マイクロストリップアンテナ

Info

Publication number: JP2004146908A
Application number: JP2002306787A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Ozaki; 尾崎　正昭
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-10-22
Filing date: 2002-10-22
Publication date: 2004-05-20

Abstract

【課題】１つの給電線路で構成され、構造が簡単で、給電線路からの不要輻射が抑制された２周波共用電磁結合型マイクロストリップアンテナを提供する。
【解決手段】第１の給電部誘電体層５の下側、第２の給電部誘電体層７の上側に位置し、両者に挟まれる給電線路６と、第１の給電部誘電体層の上に位置し第１のスロット孔３ａを有する第１の接地導体層３、その上の第１の放射部誘電体層２、およびその上の第１の放射導体層１、から構成される第１の放射系２１と、第２の給電部誘電体層の下に位置し、第２のスロット孔８ａを有する第２の接地導体層８、その下に位置する第２の放射部誘電体層１０、およびその下に位置する第２の放射導体層１１、から構成される第２の放射系２２とを備える。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種無線装置に適用されるマイクロストリップアンテナに関し、より具体的には、２周波共用電磁結合型の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、軽量、薄型の平面アンテナであると共に、エッチング技術で容易に製作できるため、多くの分野で応用されている。マイクロストリップアンテナは様々な形態のものがある。従来から使用されている電磁結合型マイクロストリップアンテナの一例として、スロット結合型マイクロストリップアンテナを図３に示す。このアンテナは、放射導体層１３１を誘電体層１３２の中心に配置してあり、誘電体層１３２の下層に接地導体層１３３および誘電体層１３５を、上から下へと順に配設してある。また、接地導体層１３３の中心には励振用のスロット孔１３４を設けてある。さらに、誘電体層１３５の下層には給電線路１３６、誘電体層１３７および接地導体層１３８を配置して構成される。なお、説明の便宜上、図面中では各層を分離して表記しているが、実際は各層を密着して構成してある。
【０００３】
このアンテナの給電線路１３６に、図示していない無線回路から目的の周波数の信号を印加すると、励振用のスロット孔１３４に電界が発生する。この電界は、放射導体層１３１に、励振用のスロット孔１３４の長手方向と直交する方向に電流を励起する。このため、この方向に放射導体層１３１に共振が起こり、大きな電流が流れることによって、電磁波が放射される。
【０００４】
このスロット結合型マイクロストリップアンテナを２つ以上の通信システム、すなわち２つ以上の周波数に適用した例として、放射導体層を平行に複数層配列した多周波共用マイクロストリップアンテナが提案されている（特開平１０−７０４１１号公報）。上記の複数の放射導体層は、長さの異なる２種以上の層により構成される。
【０００５】
また、接地導体層を挟んで２つの誘電体基板を設け、それら誘電体基板の接地導体層と反対側の面上に、大きさの異なるアンテナ素子を配置した２周波共用無指向性アンテナが提案されている（特開平１１−１６８３２０号公報）。この２周波共用無指向性アンテナでは、それぞれのアンテナ素子間の位置において上記の接地導体層にスロット孔を形成し、アンテナ素子間を電磁結合させる。そして、どちらか一方のアンテナ素子に、そのアンテナ素子が形成されている誘電体基板上に位置するマイクロストリップ線路から給電する。
【０００６】
また、接地導体層の両側に２つの誘電体基板を設け、それぞれの誘電体基板にアンテナ素子、短絡導体層および給電線路を形成した２周波共用アンテナが提案されている（特開平１１−２８９２１５号公報）。
【０００７】
上記のマイクロストリップアンテナを用いることにより、２つ以上の周波数の電磁波に対応した小型アンテナを実現することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開平１０−７０４１１号公報
【０００９】
【特許文献２】
特開平１１−１６８３２０号公報
【００１０】
【特許文献３】
特開平１１−２８９２１５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平１０−７０４１１号公報に開示の２周波共用アンテナでは、共通のスロット孔を介して異なる長さのライン素子に給電がなされる。このため、それぞれのライン素子の長さに対して個別に給電系のインピーダンス整合の最適化を行うことができないという問題がある。
【００１２】
また、特開平１１−１６８３２０号公報に開示の２周波共用アンテナでは、マイクロストリップ線路の給電系から不要輻射が発生するという問題がある。
【００１３】
さらに、特開平１１−２８９２１５号公報に開示の２周波共用アンテナでは、それぞれのアンテナ素子に対して個別の給電線路が必要となる。このため、各給電線路を無線回路まで接続する必要があり、配線が複雑となる問題がある。
【００１４】
本発明は、２つの通信システムに対応するために、１つの給電線路で２つの放射系に対してインピーダンス整合をとることができ、給電線路からの不要輻射が抑制されたマイクロストリップアンテナを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るマイクロストリップアンテナは、第１の給電部誘電体層の下、第２の給電部誘電体層の上に位置し、両者に挟まれる給電線路を有する。また、第１の給電部誘電体層の上に位置し、第１のスロット孔を有する第１の接地導体層、その第１の接地導体層の上に位置する第１の放射部誘電体層、およびその第１の放射部誘電体層の上に位置する第１の放射導体層、から構成される第１の放射系を有する。さらに、第２の給電部誘電体層の下に位置し、第２のスロット孔を有する第２の接地導体層、その第２の接地導体層の下に位置する第２の放射部誘電体層、およびその第２の放射部誘電体層の下に位置する第２の放射導体層、から構成される第２の放射系を有する。
【００１６】
このような構成により、単周波のアンテナに比べて、占有面積、占有体積の増大を抑えて、給電線路からの不要輻射を抑制した電磁結合型の２周波共用マイクロストリップアンテナを実現することができる。なお、スロット孔は、給電線路の延び方向と交差する方向に長い長孔であり、その長孔の中心位置が、平面的に見て、通常、給電線路と重なるように配置される。
【００１７】
本発明に係るマイクロストリップアンテナでは、第１のスロット孔および第２のスロット孔は、平面的に見て、その中心部の位置が相互に異なるように配置することができる。そして、平面的に見て、給電線路の端部から第１および第２のスロット孔中心までの距離は、第１および第２の放射系のアンテナ共振周波数の高い方が他方よりも短くなるように、第１および第２のスロット孔が配置することができる。上記の「平面的に見て、給電線路の端部から第１および第２のスロット孔中心までの距離」は、後で説明するスタブ長のことである。
【００１８】
このような構成により、高域用の放射系と低域用の放射系の給電線路内での干渉が抑制され、２つの周波数帯において良好なアンテナ性能を確保することができる。さらに、上記の距離を、第１および第２の放射系のアンテナ共振周波数の低い方が他方の略２倍となるようにすることにより、両方の放射系の共振周波数を明確に差をつけることにより、高域用の放射系と低域用の放射系の給電線路内での干渉が明確に抑制される。
【００１９】
また、上記の第１および第２の放射部誘電体層のうち、少なくとも１つの誘電体層は、第１および第２の給電部誘電体層と異なる誘電率を有することが望ましい。
【００２０】
この構成により、第１の放射系および／または第２の放射系の特性改善を行うことができる。例えば、第１の放射系に話を限定すると、第１の放射部誘電体層に、第１および第２の給電部誘電体層よりも小さい誘電率の誘電体を用いることにより、より広帯域でかつ高効率な放射特性を得ることができる。また、第１の放射部誘電体層に、第１および第２の給電部誘電体層よりも高い誘電率の材料を用いることにより、第１の放射導体層１の小型化を実現することができる。第２の放射系についても、上記第１の放射系と同様のことが言える。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に図面を用いて本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明の実施の形態における２周波共用のマイクロストリップアンテナの構成を示す分解斜視図である。また、図２は、図１の分解斜視図を密着させた状態におけるＩＩ−ＩＩ’線に沿う断面図である。各図において、給電線路６の上側に第１の放射系２１が、また、給電線路６の下側に第２の放射系２２が形成されている。
【００２２】
第１の放射系２１は、第１の放射導体層１と、その下に位置する第１の放射部誘電体層２と、その下に位置し、第１のスロット孔３ａが開けられた第１の接地導体層３と、その下に位置する給電部誘電体層５とから構成される。第２の放射系２２は、第２の放射導体層１１と、その上に位置する第２の放射部誘電体層１０と、その上に位置し、第２のスロット孔８ａが開けられた第２の接地導体層８と、その上に位置する給電部誘電体層７とから構成される。
【００２３】
図１によれば、導電層は、第１の放射導電層（第１層）と、第１の接地導体層（第２層）と、給電線路（第３層）と、第２の接地導体層８（第４層）と、第２の放射導体層１１（第５層）の計５層で構成される。この場合、第１の接地導体層３と第２の接地導体層８にはそれぞれ、矩形状の長孔（開口部）である第１のスロット孔３ａおよび第２のスロット孔８ａが開口されている。なお、便宜上、図中では各層を分離して表記しているが、実際は各層を密着させて構成されている。
【００２４】
図２において、給電線路６を第１の給電部誘電体層５と第２の給電部誘電体層７とによって挟み込んでいる。さらにその上下を第１の接地導体層３と第２の接地導体層８とで挟み込み、トリプレート線路構造を形成している。給電線路６と第１の放射導体層１とは、誘電体層によって相互に絶縁した状態で、第１の接地導体層３に設けられた矩形のスロット孔３ａを通して、互いに対向するように配置されている。同様に、第２の放射導体層１１は、給電線路６に対して第２の接地導体層８に設けられた矩形のスロット孔８ａを通して互いに対向するように配置されている。
【００２５】
第１の放射導体層１および第２の放射導体層１１は、本実施の形態では矩形状で、銅箔等の導体膜から形成される。第１の放射導体層１は、周波数ｆ_１で共振するように、給電線路が延びる方向に長さａ_１を有する。また、第２の放射導体層は、周波数ｆ_２で共振するように、給電線路が延びる方向に長さａ_２を有する。上記の第１および第２の放射導体層は、本実施の形態においてはフォトリソグラフィ技術により形成され、その矩形の辺が給電線路６の延びる方向と平行になるように配置されている。
【００２６】
第１のスロット孔３ａおよび第２のスロット孔８ａは、給電線路６の延びる方向にその長手方向が直交する矩形状の長孔からなる。各スロット孔の長手方向の寸法は、目的とする周波数の誘電体中における電磁波の波長λの略１／２に設定してある。
【００２７】
次に、この２周波共用の電磁結合型マイクロストリップアンテナの動作を説明する。第１の放射導体層１の共振周波数ｆ_１は、第２の放射導体層１１の共振周波数ｆ_２よりも高いとする。給電線路６に周波数ｆ_１の信号を送ると、スロット孔３ａに電界が発生する。この電界は第１の放射導体層１のｘ軸方向に電流を励起するため、第１の放射導体層１に共振が起こり、大きな電流がｘ軸方向に流れる。これにより、第１の放射導体層１のｙ軸方向に磁界が発生し、電磁波が放射される。
【００２８】
ここで、給電系のインピーダンス整合は、スロット孔３ａの長さと幅、および給電線路６の幅と、給電線路６の端部からスロット孔３ａの中央３ｃの直下位置６１までの長さ（以下スタブ長と記する）Ｌ_１とを調整して行なう。特に、スタブ長Ｌ_１は、第１の給電部誘電体層５および第２の給電部誘電体層７を伝播する周波数ｆ_１の電磁波の波長λの略１／４に設定した。
【００２９】
一方、給電線路６に周波数ｆ_２の信号を送ると、スロット孔８ａに電界が発生する。この電界は第２の放射導体層１１にｘ軸方向の電流を励起するので、第２放射導体層１１に共振が起こり大きな電流がｘ軸方向に流れる。これにより、第２の放射導体層１１のｙ軸方向に磁界が発生し、電磁波が放射される。
【００３０】
ここで、第２の放射導体層１１に対する給電系のインピーダンス整合おいて、スタブ長Ｌ_２を上記スタブ長Ｌ_１の約２倍の長さに設定する。スタブ長Ｌ_２の端の位置にスロット孔８ａの中央部８ｃを対向して配置すると、給電線路６に周波数ｆ_１の信号を送った場合、スロット孔８ａ直下の給電線路６は、周波数ｆ_１の定在波の節に相当するため、電磁結合が弱まり、第２の放射導体層１１からは周波数ｆ_１の電磁波の漏洩は抑制される。また、周波数ｆ_２の信号に対しては、第１の放射導体層１における共振周波数の最も低い基本周波数より小さいため、第１の放射導体層１からの周波数ｆ_２の電磁波の漏洩は少ない。
【００３１】
このように、図１に示す第１の放射導体層１および第２の放射導体層１１は、電磁結合型マイクロストリップアンテナとして動作し、かつ、１本の共通の給電線路６を用いて異なった周波数で共振する。このため、２つの通信システムに対応した上で、１つの給電線路で２つの放射系に対してインピーダンス整合をとることができ、給電線路からの不要輻射が抑制された２周波共用のマイクロストリップアンテナを得ることができる。
【００３２】
次に、本実施の形態のマイクロストリップアンテナの各誘電体層２，５，７および１０の誘電率について以下に説明する。第１の放射部誘電体層２に、トリプレート線路を構成する第１および第２の給電部誘電体層５，７と異なる誘電率の誘電体層を使用することにより、第１の放射系２１の特性改善を行うことができる。例えば、（ａ）第１の放射部誘電体層２に、第１および第２の給電部誘電体層５，７よりも小さい誘電率の誘電体を用いることにより、より広帯域でかつ高効率な放射特性を得ることができる。また、（ｂ）第１の放射部誘電体層２に、第１および第２の給電部誘電体層５，７よりも高い誘電率の材料を用いることにより、第１の放射導体層１の小型化を実現することができる。
【００３３】
第２の放射系２２についても、上記第１の放射系と同様のことが言える。第２の放射部誘電体層１０に、トリプレート線路を構成する第１および第２の給電部誘電体層５，７と異なる誘電率の誘電体を使用することにより、第２の放射系の特性改善を行うことができる。例えば、（ａ）第２の放射部誘電体層１０に、第１および第２の給電部誘電体層５，７よりも低い誘電率の材料を用いることにより、より広帯域でかつ高効率な放射特性を得ることができる。また、（ｂ）第２の放射部誘電体層１０に、第１および第２の給電部誘電体層５，７よりも高い誘電率の材料を用いることにより、第２の放射導体層１１の小型化を実現することができる。
【００３４】
上記において、本発明の実施の形態について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されることはない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【００３５】
【発明の効果】
本発明のマイクロストリップアンテナを用いることにより、２つの通信システムに対応して、１つの給電線路で２つの放射系に対してインピーダンス整合をとり、給電線路からの不要輻射を抑制することができる。このため、一般に用いられている単周波の電磁結合型マイクロストリップアンテナを複数個使用するのに比べ、占有面積、占有体積の増大を抑えることができ、給電線路からの不要輻射を抑制することができる。さらに、２つの放射系のスタブ長さが異なるように２つのスロット孔を配置することにより、高域用の放射系と低域用の放射系の干渉が抑制され、複数の周波数帯において良好なアンテナ性能を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるマイクロストリップアンテナの構成を示す分解斜視図である。
【図２】図１の分解斜視図を密着させ、ＩＩ−ＩＩ’線に沿って切った断面図である。
【図３】従来のスロット結合型マイクロストリップアンテナの一例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１　第１の放射導電体層、２　第１の放射部誘電体層、３　第１の接地導体層、３ａ　第１のスロット孔、３ｃ　第１のスロット孔中央、５　第１の給電部誘電体層、６　給電線路、７　第２の給電部誘電体層、８　第２の接地導体層、８ａ　第２のスロット孔、８ｃ　第２のスロット孔中央、１０　第２の放射部誘電体層、１１　第２の放射導電体層、２１　第１の放射系、２２　第２の放射系、６１　給電線路の第１のスロット孔中央対応位置、６２　給電線路の第２のスロット孔中央対応位置、ａ_１　第１の放射導電体層の給電線路の延びる方向に沿う長さ、ａ_２　第２の放射導電体層の給電線路の延びる方向に沿う長さ、Ｌ_１　第１の放射系のスタブ長さ、Ｌ_２　第２の放射系のスタブ長さ。

Claims

第１の給電部誘電体層の下側、第２の給電部誘電体層の上側に位置し、両者に挟まれる給電線路と、
前記第１の給電部誘電体層の上に位置し、第１のスロット孔を有する第１の接地導体層、その第１の接地導体層の上に位置する第１の放射部誘電体層、およびその第１の放射部誘電体層の上に位置する第１の放射導体層、から構成される第１の放射系と、
前記第２の給電部誘電体層の下に位置し、第２のスロット孔を有する第２の接地導体層、その第２の接地導体層の下に位置する第２の放射部誘電体層、およびその第２の放射部誘電体層の下に位置する第２の放射導体層、から構成される第２の放射系とを備える、マイクロストリップアンテナ。
前記第１のスロット孔および前記第２のスロット孔は、平面的に見て、その中心部の位置が相互に異なる、請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。
平面的に見て、前記給電線路の端部から前記第１および第２のスロット孔中心までの距離は、前記第１および第２の放射系のアンテナ共振周波数の高い方が他方よりも短くなるように、前記第１および第２のスロット孔が配置されている、請求項１または２に記載のマイクロストリップアンテナ。
平面的に見て、前記給電線路の端部から前記第１および第２のスロット孔中心までの距離は、前記第１および第２の放射系のアンテナ共振周波数の低い方が他方の略２倍となるように、前記第１および第２のスロット孔が配置されている、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。
前記第１および第２の放射部誘電体層のうち、少なくとも１つの誘電体層は、前記第１および第２の給電部誘電体層と異なる誘電率を有する、請求項１〜４のいずれかに記載のマイクロストリップアンテナ。