JP2005244742A

JP2005244742A - High gain microstrip antenna

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Publication number: JP2005244742A
Application number: JP2004053560A
Authority: JP
Inventors: Hisamatsu Nakano; 久松中野; Hyakukyo Ko; 百亨黄; Hiroaki Mimaki; 宏彬三牧; Junji Yamauchi; 潤治山内; Toru Matsuoka; 徹松岡
Original assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Current assignee: Nihon Dengyo Kosaku Co Ltd
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2005-09-08

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high gain microstrip antenna which is a simple structure and can obtain high gain. <P>SOLUTION: The high gain microstrip antenna has a ground electric conduction board, a 1st dielectric layer arranged on the ground electric conduction board, a microstrip antenna element arranged on the 1st dielectric layer, and a 2nd dielectric layer arranged on the microstrip antenna element. If λ<SB>0</SB>is a free space wave length of the center frequency used, the 2nd dielectric layer has a cross section more than 0.5λ<SB>0</SB>×0.5λ<SB>0</SB>, and specific dielectric constant of the 2nd dielectric layer is smaller than specific dielectric constant of the 1st dielectric layer. Moreover, thickness of the 2nd dielectric layer is B<SB>top</SB>, its specific dielectric constant is ε<SB>r.top</SB>, B<SB>top</SB>satisfies the formula: 0.75≤B<SB>top</SB>/B<SB>topmax</SB>≤1.25B<SB>topmax</SB>=λ<SB>0</SB>×1.6×(ε<SB>r.top</SB>-1)<SP>-1.25</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高利得マイクロストリップアンテナに係り、特に、八木アンテナのように、棒状で指向性が鋭い、高利得アンテナが必要とされる高い周波数帯（ＧＨｚ帯）の通信又は放送システムのアンテナに最適な高利得マイクロストリップアンテナに関する。 The present invention relates to a high gain microstrip antenna, and more particularly to an antenna for a communication or broadcasting system in a high frequency band (GHz band) where a high gain antenna is required, like a Yagi antenna, which has a rod shape and sharp directivity. The present invention relates to an optimum high gain microstrip antenna.

従来、比較的低い周波数では、多素子八木アンテナを用いて棒状（エンドファイヤーアレイ）の高利得アンテナを実現しているが、共振形であるため、帯域が狭く、高い周波数で製作しようとした場合、機械的な組立精度が必要となるという問題点があった。
一方、マイクロストリップアンテナは、エッチングにより精度よく作製することが可能である。 Conventionally, a rod-shaped (endfire array) high gain antenna has been realized using a multi-element Yagi antenna at a relatively low frequency. However, since it is a resonance type, the band is narrow and it is intended to be manufactured at a high frequency There is a problem that mechanical assembly accuracy is required.
On the other hand, the microstrip antenna can be accurately manufactured by etching.

前述したように、マイクロストリップアンテナは、エッチングにより精度よく作製することが可能であるが、面積を拡げ、アレイ化する以外には容易に高利得化を図ることができないという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、簡単な構造で容易に高利得化を図ることが可能な高利得マイクロストリップアンテナを提供することにある。 As described above, the microstrip antenna can be manufactured with high accuracy by etching, but there is a problem that high gain cannot be easily achieved except by increasing the area and making an array.
The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a high gain microstrip antenna that can easily achieve high gain with a simple structure. There is.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
即ち、本発明は、接地導電板と、前記接地導電板上に配置される第１誘電体層と、前記第１誘電体層上に配置されるマイクロストリップアンテナ素子と、前記マイクロストリップアンテナ素子上に配置される第２誘電体層とを有する高利得マイクロストリップアンテナであって、λｏを使用中心周波数の自由空間波長とするとき、前記第２誘電体層は、０．５λｏ×０．５λｏ以上の断面積を有し、前記第２誘電体層の比誘電率は、前記第１誘電体層の比誘電率よりも小さいことを特徴とする。
また、本発明では、前記第２誘電体層の厚さをＢ_ｔｏｐ、比誘電率をε_{ｒ．ｔｏｐ}とするとき、Ｂ_ｔｏｐは下記（２）式を満足することを特徴とする。
［数２］
０．７５≦Ｂ_ｔｏｐ／Ｂ_{ｔｏｐｍａｘ}≦１．２５
Ｂ_{ｔｏｐｍａｘ}＝λｏ×１．６×（ε_{ｒ．ｔｏｐ}−１）^{−１．２５}
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（２）
また、本発明では、前記マイクロストリップアンテナ素子上に配置される第３誘電体層と、前記第３誘電体層上に配置される無給電素子とを有し、前記第２誘電体層は、前記無給電素子上に配置されることを特徴とする。 Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
That is, the present invention provides a ground conductive plate, a first dielectric layer disposed on the ground conductive plate, a microstrip antenna element disposed on the first dielectric layer, and the microstrip antenna element. The second dielectric layer is 0.5λo × 0.5λo or more, where λo is a free space wavelength of the used center frequency. The relative dielectric constant of the second dielectric layer is smaller than the relative dielectric constant of the first dielectric layer.
In the present invention, the thickness of the second dielectric layer is B _top , and the relative dielectric constant is ε _r. When the _{_top, B top} is characterized by satisfying the following expression (2).
[Equation 2]
0.75 ≦ B _top / B _topmax ≦ 1.25
B _topmax = _λo × 1.6 × (ε _r.top −1) ^−1.25
(2)
In the present invention, it further includes a third dielectric layer disposed on the microstrip antenna element, and a parasitic element disposed on the third dielectric layer, and the second dielectric layer includes: It is arranged on the parasitic element.

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、角柱形状、あるいは円柱形状の第２誘電体層をマイクロストリップアンテナ素子上に配置するという簡単な構造で、容易に高利得化を図ることが可能となる。
また、周波数範囲が広いため機械的な組立精度も不要となり、安価で、高利得マイクロストリップアンテナを実現することが可能となる。 The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
According to the present invention, high gain can be easily achieved with a simple structure in which a prismatic or cylindrical second dielectric layer is disposed on a microstrip antenna element.
In addition, since the frequency range is wide, mechanical assembly accuracy is not required, and a high-gain microstrip antenna can be realized at low cost.

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
図１は、本発明の実施例の高利得マイクロストリップアンテナの概略構成を示す斜視図である。
図１において、１は接地導電板、２は第１誘電体層、３はマイクロストリップアンテナ素子（以下、パッチ素子という。）、４は第２誘電体層、５は給電用のマイクロストリップ線路である。
本実施例の高利得マイクロストリップアンテナでは、接地導電板１上に、一辺の長さがＬの正方形形状を有するとともに、厚さがＢ_ｂｔｍ、比誘電率がε_ｒの第１誘電体層２が配置される。
なお、λｏを使用中心周波数の自由空間波長とするとき、Ｌは、０．５λｏ以上（Ｌ≧０．５λｏ）とされる。
第１誘電体層２上に、一辺がＳ_ｐｔｃｈの正方形形状のパッチ素子３が配置される。なお、パッチ素子３は、円形形状であってもよい。
また、パッチ素子３は、例えば、エッチングにより形成される。ここで、パッチ素子３の給電は、ストリップ線幅がＷの垂直のマイクロストリップ線路５を使用して行われる。
パッチ素子３上には、一辺の長さがＬの正方形形状を有するとともに、厚さがＢ_ｔｏｐ、比誘電率がｅ_{ｒ．ｔｏｐ}の第２誘電体層４が配置される。
ここで、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）は、第１誘電体層２の比誘電率（ε_ｒ）よりも小さく（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}＜ε_ｒ）される。
なお、第２誘電体層４の断面積は、正方形形状に限定されるものではなく、断面積が０．５λｏ×０．５λｏ以上であれば、円形形状、あるいは多角形形状であってもよい。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
In all the drawings for explaining the embodiments, parts having the same functions are given the same reference numerals, and repeated explanation thereof is omitted.
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a high gain microstrip antenna according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 1 is a ground conductive plate, 2 is a first dielectric layer, 3 is a microstrip antenna element (hereinafter referred to as a patch element), 4 is a second dielectric layer, and 5 is a microstrip line for feeding. is there.
In the high gain microstrip antenna of the present embodiment, the first dielectric layer 2 having a square shape with a side length of L, a thickness of B _btm , and a relative dielectric constant of ε _r on the ground conductive plate 1. Is placed.
Note that when λo is a free space wavelength of the use center frequency, L is 0.5λo or more (L ≧ 0.5λo).
On the first dielectric layer 2, a square patch element 3 having a side of S _ptch is arranged. Note that the patch element 3 may have a circular shape.
The patch element 3 is formed by etching, for example. Here, the patch element 3 is fed using a vertical microstrip line 5 having a strip line width of W.
The patch element 3 has a square shape with a side length of L, a thickness of B _top , and a relative dielectric constant of _{er. A top} second dielectric layer 4 is disposed.
Here, the relative dielectric constant (e _r.top ) of the second dielectric layer 4 is made smaller than the relative dielectric constant (ε _r ) of the first dielectric layer 2 (e _r.top <ε _r ).
The cross-sectional area of the second dielectric layer 4 is not limited to a square shape, and may be a circular shape or a polygonal shape as long as the cross-sectional area is 0.5λo × 0.5λo or more. .

図２は、本実施例のマイクロストリップアンテナにおいて、第２誘電体４の厚さ（Ｂ_ｔｏｐ）を変化させたときの利得特性を示すグラフである。
この図２は、使用中心周波数を８ＧＨｚ（λｏ＝３７．５ｍｍ）とし、下記（イ）〜（ト）の条件下で、図１に示すマイクロストリップアンテナを、ＦＤＴＤ法で解析した結果を示すグラフである。
（イ）接地導電板１の大きさが無限大
（ロ）第１誘電体層２の厚さ（Ｂ_ｂｔｍ）が、０．０４λｏ（Ｂ_ｂｔｍ＝０．０４λｏ）
（ハ）第１誘電体層２の比誘電率（ε_ｒ）が、２．０７
（ニ）第１誘電体層２および第２誘電体層４の一辺の長さ（Ｌ）が０．８λｏ（Ｌ＝０．８λｏ）
（ホ）パッチ素子３の一辺の長さ（Ｓ_ｐｔｃｈ）が０．２８λｏ（Ｓ_ｐｔｃｈ＝０．２８λｏ）
（ヘ）給電用のマイクロストリップ線路５のストリップ線幅（Ｗ）が、０．０４λｏ（Ｗ＝０．０４λｏ）
（ト）給電点の座標（ｘ，ｙ）＝（Ｘ_ＦＤ，０）とするとき、Ｘ_ＦＤ＝０．０７λｏ
図２から分かるように、利得（ｄＢｉ）は、第２誘電体層４の厚さ（Ｂ_ｔｏｐ）によって増加し、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）が１に近いほど利得が大きくなる。
図２では、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）が、１．４４（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}＝１．４４）の場合、利得が約９．３（ｄＢｉ）増加している。
また、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）が大きくなると、利得変動の周期が短くなることが分かる。 FIG. 2 is a graph showing gain characteristics when the thickness (B _top ) of the second dielectric 4 is changed in the microstrip antenna of this example.
FIG. 2 is a graph showing the result of analyzing the microstrip antenna shown in FIG. 1 by the FDTD method under the following conditions (a) to (g) with a use center frequency of 8 GHz (λo = 37.5 mm). It is.
(B) The size of the ground conductive plate 1 is infinite. (B) The thickness (B _btm ) of the first dielectric layer 2 is 0.04λo (B _btm = 0.04λo).
(C) The relative dielectric constant (ε _r ) of the first dielectric layer 2 is 2.07.
(D) The length (L) of one side of the first dielectric layer 2 and the second dielectric layer 4 is 0.8λo (L = 0.8λo)
(E) The length (S _ptch ) of one side of the patch element 3 is 0.28λo (S _ptch = 0.28λo)
(F) The strip line width (W) of the power supply microstrip line 5 is 0.04λo (W = 0.04λo).
(G) When the coordinates (x, y) = (X _FD , 0) of the feeding point, X _FD = 0.07λo
As can be seen from FIG. 2, the gain (dBi) increases with the thickness (B _top ) of the second dielectric layer 4, and the relative dielectric constant (e _r.top ) of the second dielectric layer 4 is close to 1. The gain increases.
In FIG. 2, when the relative dielectric constant ( _er.top ) of the second dielectric layer 4 is 1.44 ( _er.top = 1.44), the gain increases by about 9.3 (dBi). Yes.
It can also be seen that the gain fluctuation period is shortened as the relative dielectric constant (e _r.top ) of the second dielectric layer 4 increases.

図３ないし図５の各図は、図２に示す利得特性において、利得が最大となるときの放射パターンを、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）をパラメータとして示すグラフである。
図３は、図２に示す利得特性において、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）が１．４４の場合に、利得（ｄＢｉ）が最大となる厚さ（図２の（１）に示すＢ_{ｔｏｐ（１）}＝１６８ｍｍ）のときの放射パターンを示すグラフである。
また、図４は、図２に示す利得特性において、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）が２．０７の場合に、利得（ｄＢｉ）が最大となる厚さ（図２の（２）に示すＢ_{ｔｏｐ（２）}＝５５ｍｍ）のときの放射パターンを示すグラフである。
さらに、図５は、図２に示す利得特性において、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）が２．６０の場合に、利得（ｄＢｉ）が最大となる厚さ（図２の（３）に示すＢ_{ｔｏｐ（３）}＝３３ｍｍ）のときの放射パターンを示すグラフである。
なお、図３ないし図５の各図において、（ａ）は、本実施例のマイクロストリップアンテナのＸ−Ｚ面（電界面）の放射パターンを示すグラフであり、（ｂ）は、本実施例のマイクロストリップアンテナのＹ−Ｚ面（磁界面）の放射パターンを示すグラフであり、実線は電界（Ｅ_θ）成分を、点線は磁界（Ｅ_φ）成分を示す。 3 to 5 are graphs showing the radiation pattern when the gain is maximum in the gain characteristic shown in FIG. 2, with the relative dielectric constant ( _er.top ) of the second dielectric layer 4 as a parameter. It is.
FIG. 3 shows a thickness (maximum gain (dBi) in FIG. 2) when the relative dielectric constant ( _er.top ) of the second dielectric layer 4 is 1.44 in the gain characteristic shown in FIG. It is a graph which shows a radiation pattern at the time of Btop ₍₁₎ = 168mm shown in ₍₁₎ .
Further, FIG. 4 shows a thickness (FIG. 4) at which the gain (dBi) becomes maximum when the relative dielectric constant ( _er.top ) of the second dielectric layer 4 is 2.07 in the gain characteristic shown in FIG. 2 is a graph showing a radiation pattern when B _{top (2)} = 55 mm shown in ₍₂₎ of FIG.
Further, FIG. 5 shows the thickness (FIG. 5) at which the gain (dBi) becomes maximum when the relative dielectric constant ( _er.top ) of the second dielectric layer 4 is 2.60 in the gain characteristic shown in FIG. 2 is a graph showing a radiation pattern when B _{top (3)} = 33 mm shown in ₍₃₎ of FIG.
3 to 5, (a) is a graph showing a radiation pattern on the XZ plane (electric field plane) of the microstrip antenna of the present example, and (b) is the present example. 2 is a graph showing a radiation pattern of the YZ plane (magnetic field plane) of the microstrip antenna, in which a solid line indicates an electric field (E _θ ) component and a dotted line indicates a magnetic field (E _φ ) component.

図６は、本実施例のマイクロストリップアンテナにおける、利得の周波数特性を示すグラフである。
この図６は、前述の（イ）〜（ト）の条件下における、利得の周波数特性を示すグラフであり、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）が２．６０の場合に、最大利得１６（ｄＢｉ）が得られている。
具体的には、パッチ素子３上に、断面積が０．８λｏ×０．８λｏ、軸長（即ち、厚さ（Ｂ_ｔｏｐ））が１８０ｍｍ、比誘電率（εｒ）が１．４４の四角柱を配置するだけで、利得を約９（ｄＢｉ）増大させることができ、利得１６（ｄＢｉ）を実現することができる。
また、図６に示すグラフは、八木アンテナと異なり、周波数に対する依存性が少ないことが分かる。 FIG. 6 is a graph showing the frequency characteristics of gain in the microstrip antenna of this example.
FIG. 6 is a graph showing the frequency characteristics of the gain under the conditions (a) to ( _g ) described above, and the relative dielectric constant ( _er.top ) of the second dielectric layer 4 is 2.60. In some cases, a maximum gain of 16 (dBi) is obtained.
Specifically, on the patch element 3, a quadrangular prism having a cross-sectional area of 0.8λo × 0.8λo, an axial length (that is, thickness (B _top )) of 180 mm, and a relative dielectric constant (εr) of 1.44. Can be increased by about 9 (dBi), and a gain of 16 (dBi) can be realized.
In addition, the graph shown in FIG. 6 is less dependent on the frequency than the Yagi antenna.

今、利得（ｄＢｉ）が最大となるときの第２誘電体層４の厚さを、Ｂ_{ｔｏｐｍａｘ}とするとき、図７は、図２に示す利得特性において、利得（ｄＢｉ）が最大となるときの第２誘電体層４の厚さ（Ｂ_{ｔｏｐｍａｘ}）と、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）との関係を示すグラフである。
この図７において、Ｘ＝（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}−１）、Ｙ＝（Ｂ_{ｔｏｐｍａｘ}／λｏ）であり、ＸとＹの間には、下記（３）式の関係がある。
［数３］
Ｙ＝１．６×Ｘ^{−１．２５}
Ｂ_{ｔｏｐｍａｘ}／λｏ＝１．６×（ε_{ｒ．ｔｏｐ}−１）^{−１．２５}
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（３）
したがって、利得が最大となるときの第２誘電体層４の厚さ（Ｂ_{ｔｏｐｍａｘ}）と、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）と、使用中心周波数のλｏとの間には、下記（４）式の関係がある。
［数４］
Ｂ_{ｔｏｐｍａｘ}＝λｏ×１．６×（ε_{ｒ．ｔｏｐ}−１）^{−１．２５}
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・（４）
この（４）式を満たすように、第２誘電体層４の厚さ（Ｂ_ｔｏｐ）と、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）を選択することにより、最大利得（ｄＢｉ）を得ることが可能となり、図２から分かるように、第２誘電体層４の厚さ（Ｂ_ｔｏｐ）が、下記（５）式を満足すれば、利得（ｄＢｉ）として、ほぼ最大値に近いを値を得ることが可能である。
［数５］
０．７５≦Ｂ_ｔｏｐ／Ｂ_{ｔｏｐｍａｘ}≦１．２５ Now, when the thickness of the second dielectric layer 4 when the gain (dBi) is maximized is B _topmax , FIG. 7 shows the case where the gain (dBi) is maximized in the gain characteristic shown in FIG. 5 is a graph showing the relationship between the thickness (B _topmax ) of the second dielectric layer 4 and the relative dielectric constant ( _er.top ) of the second dielectric layer 4.
In FIG. 7, X = (e _r.top −1), Y = (B _topmax / _λo ), and there is a relationship of the following formula (3) between X and Y.
[Equation 3]
Y = 1.6 × X− ^1.25
B _topmax /λo=1.6×(ε _r.top −1) ^−1.25
(3)
Therefore, between the thickness (B _topmax ) of the second dielectric layer 4 when the gain is maximized, the relative dielectric constant (e _r.top ) of the second dielectric layer 4, and the use center frequency _λo. Has the relationship of the following equation (4).
[Equation 4]
B _topmax = _λo × 1.6 × (ε _r.top −1) ^−1.25
(4)
By selecting the thickness (B _top ) of the second dielectric layer 4 and the relative dielectric constant (e _r.top ) of the second dielectric layer 4 so as to satisfy this equation (4), the maximum gain ( dBi) can be obtained, and as can be seen from FIG. 2, if the thickness (B _top ) of the second dielectric layer 4 satisfies the following expression (5), the gain (dBi) is almost the maximum value. It is possible to get a value close to.
[Equation 5]
0.75 ≦ B _top / B _topmax ≦ 1.25

図８は、本発明の実施例の高利得マイクロストリップアンテナの変形例の概略構成を示す斜視図である。
図８に示す高利得マイクロストリップアンテナでは、マイクロストリップアンテナ素子３上に、厚さがＢ_ｍｉｄの第３誘電体層７を配置し、当該第３誘電体層７上に無給電素子６を配置し、無給電素子６上に、第２誘電体層４を配置する。
即ち、図８に示す高利得マイクロストリップアンテナは、マイクロストリップアンテナ素子３と第２誘電体層４との間に、第３誘電体層７を介して無給電素子６を配置した点で、図１に示す高利得マイクロストリップアンテナと相違するが、それ以外の構成は、図１と同じであるので詳細な説明は省略する。
なお、図８では、給電用のマイクロストリップ線路５の図示は省略しているが、給電は図１と同様にして行われる。
図８に示す高利得マイクロストリップアンテナは、前述の図１に示す高利得マイクロストリップアンテナと同様、容易に高利得化を図ることができるばかりか、無給電素子６の作用により広帯域化を図ることが可能となる。
以上説明したように、本実施例によれば、角柱形状、あるいは円柱形状の第２誘電体層４をマイクロストリップアンテナ素子３上に配置するという簡単な構造で、容易に高利得化を図ることが可能となる。
また、周波数範囲が広いため、機械的な組立精度も不要となり、安価で、高利得マイクロストリップアンテナを実現することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。 FIG. 8 is a perspective view showing a schematic configuration of a modified example of the high gain microstrip antenna according to the embodiment of the present invention.
In the high gain microstrip antenna shown in FIG. 8, the third dielectric layer 7 having a thickness of B _mid is disposed on the microstrip antenna element 3, and the parasitic element 6 is disposed on the third dielectric layer 7. The second dielectric layer 4 is disposed on the parasitic element 6.
That is, the high-gain microstrip antenna shown in FIG. 8 has a parasitic element 6 disposed between the microstrip antenna element 3 and the second dielectric layer 4 with the third dielectric layer 7 interposed therebetween. Although different from the high-gain microstrip antenna shown in FIG. 1, the rest of the configuration is the same as in FIG.
In FIG. 8, the illustration of the microstrip line 5 for feeding is omitted, but feeding is performed in the same manner as in FIG.
The high gain microstrip antenna shown in FIG. 8 can easily achieve high gain as well as the high gain microstrip antenna shown in FIG. Is possible.
As described above, according to the present embodiment, it is possible to easily increase the gain with a simple structure in which the prismatic or cylindrical second dielectric layer 4 is disposed on the microstrip antenna element 3. Is possible.
In addition, since the frequency range is wide, mechanical assembly accuracy is not required, and a low-cost, high-gain microstrip antenna can be realized.
As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the above embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Of course.

本発明の実施例の高利得マイクロストリップアンテナの概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the high gain microstrip antenna of the Example of this invention. 本発明の実施例のマイクロストリップアンテナにおいて、第２誘電体の厚さ（Ｂ_ｔｏｐ）を変化させたときの利得特性を示すグラフである。6 is a graph showing gain characteristics when the thickness (B _top ) of the second dielectric is changed in the microstrip antenna of the embodiment of the present invention. 図２に示す利得特性において、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）が１．４４の場合に、利得が最大となる厚さのときの放射パターンを示すグラフである。In the gain characteristic shown in FIG. 2, when the relative dielectric constant ( _er.top ) of the 2nd dielectric layer 4 is 1.44, it is a graph which shows a radiation pattern in the case of thickness which becomes a gain maximum. 図２に示す利得特性において、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）が２．０７の場合に、利得が最大となる厚さのときの放射パターンを示すグラフである。3 is a graph showing a radiation pattern when the gain is the maximum when the relative dielectric constant ( _er.top ) of the second dielectric layer 4 is 2.07 in the gain characteristic shown in FIG. 図２に示す利得特性において、第２誘電体層４の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）が２．６０の場合に、利得が最大となる厚さのときの放射パターンを示すグラフである。In the gain characteristic shown in FIG. 2, when the relative dielectric constant ( _er.top ) of the 2nd dielectric layer 4 is 2.60, it is a graph which shows a radiation pattern in the thickness which becomes a gain maximum. 本発明の実施例のマイクロストリップアンテナにおける、利得の周波数特性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency characteristic of the gain in the microstrip antenna of the Example of this invention. 図２に示す利得特性において、利得が最大となるときの第２誘電体層の厚さ（Ｂ_ｔｏｐ）と、第２誘電体層の比誘電率（ｅ_{ｒ．ｔｏｐ}）との関係を示すグラフである。2 is a graph showing the relationship between the thickness (B _top ) of the second dielectric layer when the gain is maximized and the relative dielectric constant ( _er.top ) of the second dielectric layer in the gain characteristic shown in FIG. It is. 本発明の実施例の高利得マイクロストリップアンテナの変形例の概略構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows schematic structure of the modification of the high gain microstrip antenna of the Example of this invention.

Explanation of symbols

１接地導電板
２第１誘電体層
３マイクロストリップアンテナ素子（パッチ素子）
４第２誘電体層
５給電用のマイクロストリップ線路
６無給電素子
７第３誘電体層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Grounding conductive plate 2 1st dielectric material layer 3 Microstrip antenna element (patch element)
4 Second dielectric layer 5 Microstrip line for feeding 6 Parasitic element 7 Third dielectric layer

Claims

A grounding conductive plate;
A first dielectric layer disposed on the ground conductive plate;
A microstrip antenna element disposed on the first dielectric layer;
A high gain microstrip antenna having a second dielectric layer disposed on the microstrip antenna element,
When λo is a free space wavelength of the use center frequency, the second dielectric layer has a cross-sectional area of 0.5λo × 0.5λo or more,
The high gain microstrip antenna, wherein a relative dielectric constant of the second dielectric layer is smaller than a relative dielectric constant of the first dielectric layer.

The thickness of the second dielectric layer is B _top and the relative dielectric constant is ε _{r. 2.} The high gain microstrip antenna according to claim 1, wherein B _top satisfies the following expression (1):
[Equation 1]
0.75 ≦ B _top / B _topmax ≦ 1.25
B _topmax = _λo × 1.6 × (ε _r.top −1) ^−1.25
(1)

A third dielectric layer disposed on the microstrip antenna element;
A parasitic element disposed on the third dielectric layer,
The high gain microstrip antenna according to claim 1 or 2, wherein the second dielectric layer is disposed on the parasitic element.