JP2005286484A - マイクロストリップアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型で簡素な構造の共平面給電可能な高利得マイクロストリップアンテナを提供する。
【解決手段】 誘電体基板と、前記誘電体基板の他方の面に設けられる接地導体と、前記誘電体基板の一方の面に設けられるマイクロストリップアンテナ素子と、前記誘電体基板の一方の面に設けられ、前記マイクロストリップアンテナ素子に接続される伝送線路と、前記誘電体基板の他方の面側に設けられ、前記誘電体基板を支持する導電性の支持体とを有し、前記支持体は、前記マイクロストリップアンテナ素子が設けられる領域に凹部を有し、前記誘電体基板の他方の面に設けられる接地導体は、前記支持体の前記凹部と対向する領域以外の領域、および、前記支持体の前記凹部と対向する領域内で前記伝送線路と対向する部分に設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、マイクロストリップアンテナに係り、特に、マイクロ波等の送受信器に使用され、マイクロストリップアンテナ素子と同一平面上に設けられる伝送線路を有するマイクロストリップアンテナに関する。

図１３は、従来のマイクロストリップアンテナの平面構造を示す平面図であり、図１４は、図１３に示すＥ−Ｆ切断線に沿った断面構造を示す断面図である。
図１３、図１４において、３６はマイクロストリップアンテナ素子（または、パッチ素子）、３７はキャビティ、３８，４４は誘電体基板、３９，４１は接地導体、４０は導電性の支持体、４２はマイクロストリップ線路で構成される給電線路、４３は給電ピン、４５は金属筐体である。
図１３、図１４に示す従来のマイクロストリップアンテナでは、誘電体基板３８の上面にマイクロストリップアンテナ素子３６を形成し、また、支持体４０にキャビティ３７を設けて、高利得アンテナを構成する。
また、支持体４０を挟んで反対側の薄い誘電体基板４４上にフィルタ等の回路を含む給電回路を平面回路で構成し、給電線路４２と、マイクロストリップアンテナ素子３６とを給電ピン４３により接続する。
このように、図１３、図１４に示す従来のマイクロストリップアンテナでは、給電ピン４３や２枚の誘電体基板（３８，４４）が必要となり、更に、それらの半田付けや基板同士の張り合わせ精度などが要求される。
また、金属筐体４５に実装する際は、給電線路４２が金属筐体４５に接触しないように空間を必要とするので、小型軽量化が困難であった。

前記した問題点を解決するためには、マイクロストリップアンテナ素子と、フィルタを含む給電回路とを、誘電体基板の同一面上に構成すればよい。
以下、本明細書では、マイクロストリップアンテナ素子と、フィルタを含む給電回路とを、誘電体基板の同一面上に構成した構造を共平面給電という。
しかしながら、一般に、マイクロストリップアンテナは、材質が同じであれば、基板厚が厚いほど高利得を得られ、一方、マイクロストリップ線路を用いたフィルタは基板厚が薄いほど急峻な減衰特性を得られる。
従って、マイクロストリップ構造で、高利得アンテナと急峻な特性のフィルタを同一基板上に構成することは困難であった。
以下、この点について、さらに詳細に説明する。
図１５は、従来のマイクロストリップアンテナにおいて、共平面給電を採用する場合の平面構造を示す平面図であり、図１６は、図１５に示すＣ−Ｄ切断線に沿った断面構造を示す断面図である。
図１５、図１６において、３２はマイクロストリップアンテナ素子（または、パッチ素子）、３３はマイクロストリップ線路で構成される給電線路、３４は誘電体基板、３５は接地導体である。
図１５、図１６に示す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３２と、給電線路３３は、誘電体基板３４の同一面上に構成されている。

図１７は、一般的なマイクロストリップ線路の特性インピーダンス（Ｚｏ）を示すグラフである。
マイクロストリップ線路の線路幅をＷ、誘電体基板の基板厚をｈとするとき、図１７のグラフから分かるように、マイクロストリップ線路の特性インピーダンス（Ｚｏ）は、（Ｗ／ｈ）の関数となる。
したがって、特性インピーダンス（Ｚｏ）が、例えば、５０Ωとするとき、誘電体基板の基板厚（ｈ）を厚くすると、マイクロストリップ線路の線路幅（Ｗ）も広くなる。
そのため、図１５、図１６に示すマイクロストリップアンテナにおいて、高利得を得る為に、誘電体基板３４の基板厚を厚くすると、図１５に示すように、誘電体基板３４の基板厚に比例して、給電線路３３の線路幅も拡大する必要がある。
このように、マイクロストリップアンテナ素子３２と、給電線路３３とを誘電体基板３４の同一面上に構成し、高利得を得る為に誘電体基板３４の基板厚を厚くすると、給電線路３３の線路幅も拡大するので、誘電体基板３４上に形成される給電回路などの分岐点の交差面積が波長と比較して無視できない大きさになり、また、フィルタに用いる共振器の無負荷Ｑも低下することから回路特性が劣化するという問題点があった。

同様に、キャビティ付マイクロストリップアンテナにおいて、共平面給電を行う場合にも、キャビティ部の高さの為に、給電線路の線路幅が、マイクロストリップアンテナ素子の直径と比較して広くなりすぎるため、アンテナを励振できない。
従って、図１３、図１４で説明したように、背面給電以外の方法では給電が困難であった。
以上説明したように、高利得のマイクロストリップアンテナでは、その絶縁層の厚さから、同一誘電体基板では給電回路の線路幅が波長と比較して極端に広くなり、回路特性やアンテナ特性が劣化する為、共平面給電が困難となり、背面同軸給電もしくは電磁結合給電を行う必要があった。
その結果、マイクロストリップアンテナと、給電線路を含む平面回路を別々に製作後、多層化する必要があり、構造が複雑で小型化が困難であった。
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、小型で簡素な構造の共平面給電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。

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。
本発明は、共平面給電用マイクロストリップ線路の接地導体を、マイクロストリップアンテナ素子の給電点付近まで形成したことを特徴とする。
即ち、本発明は、マイクロストリップアンテナにおいて、高利得を得るために、マイクロストリップアンテナ素子と、マイクロストリップアンテナ素子用の接地導体との間隔を大きくするともに、マイクロストリップアンテナ素子とマイクロストリップアンテナ素子用の接地導体との間に、共平面給電用マイクロストリップ線路用の接地導体をマイクロストリップアンテナ素子の給電点付近まで形成したことを特徴とする。

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、小型で簡素な構造の共平面給電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が可能となる。

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、本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの平面構造を示す平面図であり、図２は、図１に示すＡ−Ｂ切断線に沿った断面構造を示す断面図である。
図１、図２において、１は円形のマイクロストリップアンテナ素子（または、パッチ素子）、２はキャビティ、３は誘電体基板、４は接地導体、５は導電性の支持体、６はマイクロストリップ線路で構成される給電線路である。
本実施例マイクロストリップアンテナでは、誘電体基板３の同一平面（図１では上面）にマイクロストリップアンテナ素子１と、給電線路６とを形成する。給電線路６は、マイクロストリップアンテナ素子１の給電点において、マイクロストリップアンテナ素子１と接続される。
また、支持体５における、マイクロストリップアンテナ素子１の下側の部分にキャビティ２を設けて、高利得マイクロストリップアンテナを実現する。

本実施例のマイクロストリップアンテナの最も特徴とする点は、図１、図２に示すように、給電線路６に対応した接地導体４を、マイクロストリップアンテナ素子１の給電点付近まで形成することにある。
なお、給電線路６に対応した接地導体４の導体幅は、給電線路６の導体幅の６倍以下が好ましい。
これにより、マイクロストリップ線路の特性インピーダンス（Ｚｏ）に合わせて、マイクロストリップ線路の線路幅（Ｗ）と、誘電体基板３の基板厚（ｈ）を選択することができるので、誘電体基板３の上側の面に、マイクロストリップ線路の線路幅（Ｗ）を拡大することなく、フィルタなどを含む給電回路を平面回路で形成することが可能となる。
このように、本実施例のマイクロストリップアンテナでは、給電回路に最適なマイクロストリップ線路の線路幅（Ｗ）と誘電体基板３の基板厚（ｈ）を保った状態で、任意のキャビティ高さ（深さ）持ったマイクロストリップアンテナに給電できるため、従来のキャビティ付マイクロストリップアンテナと比較して、給電損失を低減した高利得な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。
また、構造的には、従来のように多層化する必要がなく、また、給電ピンを必要としないので、半田付けが不要となり、さらに、支持体５を筐体とすれば、全体の厚さを薄く製作することが可能となる。
また、誘電体基板３の同一面に、マイクロストリップアンテナ素子１と、給電線路６を含む給電回路を平面回路で構成できるので各々の接続が容易であり、エッチングにより精度よく製作することが可能となる。

図３は、本実施例のマイクロストリップアンテナの一例の周波数と入力反射損失の関係を示すグラフである。この図３において、マイクロストリップアンテナから放射される電波の周波数は５．８ＧＨｚである。
この図３から分かるように、本実施例のマイクロストリップアンテナでは、入力された励振電力は、中心周波数において、入力端への反射が殆どなく、マイクロストリップアンテナ素子１へ伝達されている。
図４は、本実施例のマイクロストリップアンテナの一例の電界面内指向特性を示す図であり、図１、図２に示すＸ−Ｚ面（電界面）の指向特性を示す図である。
図５は、本実施例のマイクロストリップアンテナの一例の磁界面内指向特性を示す図であり、図１、図２に示すＹ−Ｚ面（磁界面）の指向特性を示す図である。
また、図４、図５においても、マイクロストリップアンテナから放射される電波の周波数は５．８ＧＨｚである。
なお、本実施例のマイクロストリップアンテナにおいて、軽量化の為に、支持体５として、絶縁性の支持体を使用し、この絶縁性の支持体に、キャビティ２を形成するとともに、キャビティ２の内面に、接地導体４に電気的に接続される導電膜を形成するようにしてもよい。

図６は、本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの変形例の断面構造を示す断面図である。
図６に示すマイクロストリップアンテナは、支持体５を省略し、誘電体基板３と間隔Ｄをおいて、第２接地導体５１を配置したものである。なお、第２接地導体５１には、接地導体４と同一の電位が印加される。
図６に示すマイクロストリップアンテナにおいても、図１に示すマイクロストリップアンテナと同様の作用・効果を得ることが可能である。
図７は、本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの他の変形例の平面構造を示す断面図である。
図７に示すマイクロストリップアンテナも、支持体５を省略し、誘電体基板３のマイクロストリップアンテナ素子１が設けられる側と反対側に、マイクロストリップアンテナ素子１が設けられる領域を覆うシールドケース５２を設けたものである。なお、シールドケース５２は、側壁が接地導体４に電気的に接続される。
図７に示すマイクロストリップアンテナにおいても、図１に示すマイクロストリップアンテナと同様の作用・効果を得ることが可能である。

図８は、本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの他の変形例の平面構造を示す平面図である。
図８に示すマイクロストリップアンテナは、誘電体基板の上面に、マイクロストリップアンテナ素子７と、給電線路９と、平面回路（例えば、フィルタなどを含む給電回路）１０を形成した点、および、給電線路９により、マイクロストリップアンテナ素子７の端部に給電するようにした点で、図１に示すマイクロストリップアンテナと相異するが、その他の構成は、図１に示すマイクロストリップアンテナと同じであるので、再度の説明は省略する。なお、図８において、８は、給電線路９に対応した接地導体、１１はキャビティである。
図９は、本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの他の変形例の平面構造を示す平面図である。
図９に示す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１２が、四角形である点で、図１に示すマイクロストリップアンテナと相異するが、その他の構成は、図１に示すマイクロストリップアンテナと同じであるので、再度の説明は省略する。なお、図９において、１３は、給電線路１４に対応した接地導体、１５はキャビティである。
である。

図１０は、本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの他の変形例の平面構造を示す平面図である。
図１０に示す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１６が、四角形である点、および、給電線路１８により、マイクロストリップアンテナ素子１６の端部に給電するようにした点で、図１に示すマイクロストリップアンテナと相異するが、その他の構成は、図１に示すマイクロストリップアンテナと同じであるので、再度の説明は省略する。なお、図１０において、１７は、給電線路１８に対応した接地導体、１９はキャビティである。
図１１は、本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの他の変形例の平面構造を示す平面図である。
図１１に示す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２０に対して、直交給電するようにした点で、図１に示すマイクロストリップアンテナと相異するが、その他の構成は、図１に示すマイクロストリップアンテナと同じであるので、再度の説明は省略する。なお、図１１において、２１は、給電線路２２に対応した接地導体、２３は、給電線路２４に対応した接地導体、２５はキャビティである。

図１２は、本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの他の変形例の平面構造を示す平面図である。
図１２に示す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２６が四角形である点、および、マイクロストリップアンテナ素子２６に対して、直交給電するようにした点で、図１に示すマイクロストリップアンテナと相異するが、その他の構成は、図１に示すマイクロストリップアンテナと同じであるので、再度の説明は省略する。なお、図１２において、２７は、給電線路２８に対応した接地導体、２９は、給電線路３０に対応した接地導体、３１はキャビティである。
以上説明したように、本実施例では、高利得を得やすいキャビティ付マイクロストリップアンテナにおいて、マイクロストリップアンテナ素子の給電点付近まで接地導体を形成することにより、共平面給電を実現することが可能となる。
その結果として、フィルタなどを含む給電回路を平面回路で構成する際に最適な基板厚の誘電体基板の同一面上に、フィルタなどを含む給電回路と、高利得マイクロストリップアンテナとを一体に形成することができるので、マイクロストリップアンテナの高性能化、小型軽量化を図ることが可能となる。
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。

本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの平面構造を示す平面図である。 図１に示すＡ−Ｂ切断線に沿った断面構造を示す断面図である。 本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの一例の周波数と入力反射損失の関係を示すグラフである。 本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの一例の電界面内指向特性を示す図である。 本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの一例の磁界面内指向特性を示す図である。 本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの変形例の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの他の変形例の断面構造を示す断面図である。 本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの他の変形例の平面構造を示す平面図である。 本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの他の変形例の平面構造を示す平面図である。 本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの他の変形例の平面構造を示す平面図である。 本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの他の変形例の平面構造を示す平面図である。 本発明の実施例のマイクロストリップアンテナの他の変形例の平面構造を示す平面図である。 従来のマイクロストリップアンテナの平面構造を示す平面図である。 図１３に示すＥ−Ｆ切断線に沿った断面構造を示す断面図である。 従来のマイクロストリップアンテナにおいて、共平面給電を採用する場合の平面構造を示す平面図である。 図１５に示すＣ−Ｄ切断線に沿った断面構造を示す断面図である。 一般的なストリップラインの特性インピーダンス（Ｚｏ）を示すグラフである。

符号の説明

１，７，１２，１６，２０，２６，３２，３６ マイクロストリップアンテナ素子
２，１１，１５，１９，２５，３１，３７ キャビティ
３，３４，３８，４４ 誘電体基板
４，８，１３，１７，２１，２３，２７，２９，３５，３９，４１，５１ 接地導体
５，４０ 支持体
６，９，１４，１８，２２，２４，２８，３０，３３，４２ 給電線路
１０ 平面回路
４３ 給電ピン
４５ 金属筐体
５２ シールドケース

Claims (4)

1. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板の一方の面に設けられるマイクロストリップアンテナ素子と、
   前記誘電体基板の一方の面に設けられ、前記マイクロストリップアンテナ素子に接続される伝送線路と、
   前記誘電体基板の他方の面に設けられる接地導体と、
   前記誘電体基板の他方の面側に設けられ、前記誘電体基板を支持する導電性の支持体とを有するマイクロストリップアンテナであって、
   前記支持体は、前記マイクロストリップアンテナ素子が設けられる領域に凹部を有し、
   前記誘電体基板の他方の面に設けられる接地導体は、前記支持体の前記凹部と対向する領域以外の領域、および、前記支持体の前記凹部と対向する領域内で前記伝送線路と対向する部分に設けられていることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
2. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板の一方の面に設けられるマイクロストリップアンテナ素子と、
   前記誘電体基板の一方の面に設けられ、前記マイクロストリップアンテナ素子に接続される伝送線路と、
   前記誘電体基板の他方の面に設けられる接地導体と、
   前記誘電体基板の他方の面側に設けられ、前記誘電体基板を支持する絶縁性の支持体とを有するマイクロストリップアンテナであって、
   前記支持体は、前記マイクロストリップアンテナ素子が設けられる領域に凹部を有し、
   前記支持体の前記凹部内の内面には、前記誘電体基板の他方の面に設けられる接地導体と同一の電位が印加される導電膜を有し、
   前記誘電体基板の他方の面に設けられる接地導体は、前記支持体の前記凹部と対向する領域以外の領域、および、前記支持体の前記凹部と対向する領域内で前記伝送線路と対向する部分に設けられていることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
3. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板の一方の面に設けられるマイクロストリップアンテナ素子と、
   前記誘電体基板の一方の面に設けられ、前記マイクロストリップアンテナ素子に接続される伝送線路と、
   前記誘電体基板の他方の面に設けられる第１接地導体と、
   前記誘電体基板の他方の面側に、前記誘電体基板と所定の間隔をおいて設けられる第２接地導体とを有するマイクロストリップアンテナであって、
   前記誘電体基板の他方の面に設けられる第１接地導体は、前記マイクロストリップアンテナ素子と対向する領域以外の領域、および、前記マイクロストリップアンテナ素子と対向する領域内で前記伝送線路と対向する部分に設けられ、
   前記第２接地導体は、前記第１接地導体と同一の電位が印加されることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
4. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板の一方の面に設けられるマイクロストリップアンテナ素子と、
   前記誘電体基板の一方の面に設けられ、前記マイクロストリップアンテナ素子に接続される伝送線路と、
   前記誘電体基板の他方の面に設けられる接地導体と、
   前記誘電体基板の他方の面側に設けられ、前記マイクロストリップアンテナ素子が設けられる領域を覆うシールドケースとを有するマイクロストリップアンテナであって、
   前記誘電体基板の他方の面に設けられる接地導体は、前記シールドケース内の領域以外の領域、および、前記シールドケース内の領域で前記伝送線路と対向する部分に設けられ、
   前記シールドケースは、前記接地導体と同一の電位が印加されることを特徴とするマイクロストリップアンテナ。

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