JP2013519275A - 積層マイクロストリップアンテナ - Google Patents

Abstract

本発明は、一方が他方の上方に配置された２つのマイクロストリップアンテナ素子（１、１０）と、２つのマイクロストリップアンテナ（１、１０）間の誘電体セパレータ（５）とを備えた積層マイクロストリップアンテナに関し、誘電体セパレータ（５）は、１または複数の空洞（２０）を有する。

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載された積層マイクロストリップアンテナに関する。

以下の技術文献（例えば、Ｒ．Ｂ．Ｗａｔｅｒｈｏｕｓｅ，Ｅｄ．，“Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ Ｐａｔｃｈ Ａｎｔｅｎｎａｓ−Ａ Ｄｅｓｉｇｎｅｒｓ Ｇｕｉｄｅ”，Ｋｌｕｗｅｒ Ａｃａｄ． Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，２００３，ｐ．９０）によれば、一方が他方の上方に配置されたアンテナの２つのマイクロストリップアンテナ素子（以下、短絡のためのパッチ素子とも呼ばれる）の電磁結合は、広いインピーダンス帯域幅を得ることができるように、弱い電磁結合であることしか許容されない。技術的な結論は、セパレータおよび支持体（ｃａｒｒｉｅｒ）として、ＲＦ発泡材料を２つのパッチ素子間に使用することであるが、これは、この種の発泡体が、低い比誘電率ε_ｒを有するからである。ＲＦ発泡材料によるそのような解決方法は、米国特許第７，６３６，０６３−Ｂ２号明細書から知ることができる。しかしながら、上述した発泡体は、標準的なＰＣＢプロセスに対して、温度感受性および圧力感受性が大きすぎるため、結果として、製造方法を、複雑化し、かつ、コストを増大させることになる。

前段で引用した米国特許第７，６３６，０６３−Ｂ２号明細書は、さらにまた、追加のアプローチを記載しており、この追加のアプローチでは、２つのパッチ素子間の空間は、全体的に空洞で形成される。その結果、２つのパッチ素子の一方に必要とされる外側支持体は、ハウジングまたはレドームとして実施される。同様に、これは、製造方法を、複雑化し、かつ、コストを増大させることになる。

ＺＩＶＡＮＯＶＩＣ，Ｂ．；ＷＥＬＬＥＲ，Ｔ．Ｍ．；ＭＥＬＡＩＳ，Ｓ．；ＭＥＹＥＲ，Ｔ．；“Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ａｌｉｇｎｍｅｎｔ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ ｏｎ ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ ａｉｒ ｃａｖｉｔｙ ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ ｐａｔｃｈｅｓ”，ＩＥＥＥ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ，３８１−３８４，Ｊｕｎｅ ９−１５，２００７，ｄｏｉ：１０．１１０９／ＡＰＳ．２００７．４３９５５１０；ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｉｅｅｅｘｐｌｏｒｅ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｓｔａｍｐ／ｓｔａｍｐ．ｊｓｐ？ｔｐ＝＆ａｒｎｕｍｂｅｒ＝４３９５５１ ０＆ｉｓｎｕｍｂｅｒ＝４３９５４１０は、グラウンド表面の上方に存在する個々のマイクロストリップアンテナ素子からなるマイクロストリップアンテナを記載しており、その中に存在する誘電体セパレータは、空洞を有する。

ＬＡＧＥＲ，Ｉ．Ｅ．；ＳＩＭＥＯＮＩ，Ｍ．：“Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｍｕｔｕａｌ ｃｏｕｐｌｉｎｇ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ ｂｙ ｍｅａｎｓ ｏｆ ｃａｖｉｔｙ ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ ｏｆ ｐａｔｃｈ ａｎｔｅｎｎａｓ”，Ｆｉｒｓｔ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ａｎｔｅｎｎａｓ ａｎｄ Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，Ｎｏｖ．１−５，６−１０ ２００６，ｄｏｉ：１０．１１０９／ＥＵＣＡＰ．２００６．４５８４５７７；ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｉｅｅｅｘｐｌｏｒｅ．ｉｅｅｅ．ｏｒｇ／ｓｔａｍｐ／ｓｔａｍｐ．ｊｓｐ？ｔｐ＝＆ａｒｎｕｍｂｅｒ＝４５８４５７７＆ｉｓｎｕｍｂｅｒ＝４５８４４７６は、ＲＦプリント回路基板上に互いに平行に配置されたＲＦグループアンテナ内の個々のマイクロストリップアンテナをデカップリングするための方法を記載している。この場合には、個々のマイクロストリップアンテナは、それぞれ、メッキされたスルーホールによって取り囲まれる。

米国特許第７，０５０，００４−Ｂ２号明細書は、マイクロストリップアンテナを記載しており、このマイクロストリップアンテナのグラウンド表面は、可動メンブランによって形成され、電圧を印加することによって、マイクロストリップアンテナ素子に対する可動メンブランの位置を変化させることができる。

米国特許第５，３６３，０６７−Ａ号明細書は、グラウンド表面の上方に互いに平行に配置された２つの導体を備えたマイクロストリップ線路を記載している。２つの導体の上方の空間は、誘電体基板内の個別の空洞によって形成される。

本発明の目的は、必要とされるパッチ素子の弱い電磁結合を損なうことなく、生産技術の観点から有利な汎用積層マイクロストリップアンテナを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の主題によって達成される。従属クレームは、本発明の好適な実施形態に関するものである。

本発明によれば、セパレータが、一方が他方の上方に配置された２つのパッチ素子間に配置され、空気空洞（ａｉｒ ｃａｖｉｔｙ）が、例えば、ドリルで穴を開けることによって、または、機械加工することによって、このセパレータ内に設けられる。

その結果として、セパレータ材料の比誘電率ε_ｒが、パッチ素子間の望ましい弱結合に関して最適なものでなくても（すなわち、比誘電率が比較的高くても）、生産技術の観点から有利なセパレータ材料を使用することが可能である。必要とされる整合が、セパレータ内に導入された空洞によって達成されるが、これは、パッチ素子間の実効比誘電率を相当に減少させる。その結果として、パッチ素子間の電磁結合は、相当に減少する。

このように、本発明によるセパレータは、アンテナ構造のためのある種の保持フレーム（ｈｏｌｄｉｎｇ ｆｒａｍｅ）にまで縮小し、空気空洞は、パッチ素子間の実効比誘電率を相当に減少させる。

とりわけ好適には、一般的なＲＦプリント回路基板材料（例えば、Ｒｏｇｅｒｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ，１００ Ｓ． Ｒｏｏｓｅｖｅｌｔ Ａｖｅｎｕｅ，Ｃｈａｎｄｌｅｒ ＡＺ ８５２２６−３４１５，ＵＳＡから市販されているＲＯ ４００３（登録商標）Ｃ）が、セパレータとして使用されてもよい。そのような材料は、通常、その中に導入されたガラス繊維インサートを備えた樹脂からなる。それらの材料は、良好な安定性を有し、かつ、生産技術の観点から問題のないものである。ＲＦ発泡材料と比較して、これらの材料の比較的高い比誘電率は、導入された１または複数の空洞によって補償される。

具体的には、以下の利点が、本発明によって達成される。
− アンテナの帯域幅を増加させることが、低い実効比誘電率によって可能となる。
− アンテナ製造用の標準的なＲＦ材料および標準的なＰＣＢプロセスを使用することができ、それによって、費用効率の高い製造方法が可能となる。
− ロバストかつ広帯域のアンテナを実現することができる。
− 製造が技術的に難しいＲＦ発泡体に基づいた複雑なアンテナ解決方法に依存しない。
− 例えば、３Ｄ−Ｔ／Ｒモジュール用の放射素子または円偏波構造集積アンテナのような、この技術の様々な利用分野が存在する。
− 原理的に、広い周波数範囲に使用することができる。

本発明が、図面を参照してより詳細に説明される。

本発明によるアンテナの第１の実施形態を示す図である。 本発明によるアンテナの第２の実施形態を示す図である。

図１および図２は、それぞれ、一方が他方の上方に配置された２つのマイクロストリップアンテナ素子１および１０と、グラウンド表面１００と、を備えた本発明による積層マイクロストリップアンテナの実施形態を示す。上述したこれらの導電性部分１、１０、１００は、それぞれ、誘電体層５、６、７によって、互いに分離される。これらの誘電体層５、６、７は、一般的なＲＦプリント回路基板材料からなり、当然ながら、高い比誘電率ε_ｒを有する。下部パッチ素子１は、アンテナの給電パッチ素子であり、そして、上部パッチ素子１０は、寄生パッチ素子である。この種のアンテナでは一般的であるが、寄生パッチ素子１０は、給電パッチ素子１によって放射される信号によって発振するので、装置全体のインピーダンス帯域幅が改善する。

本発明によれば、セパレータ５が、２つの積層パッチ素子１と１０との間に存在し、このセパレータ５は、同時に、上部パッチ素子１０のための支持体としての役割をなす。空気で満たされた平行六面体または円筒形の空洞２０が、セパレータ５の材料内に機械加工されるが、この空洞は、図示される実施形態では、寄生パッチ素子１０の真下に配置される。この空気空洞２０は、２つのパッチ素子１と１０との間の実効比誘電率を相当に減少させ、これが、アンテナの望ましいより広いインピーダンス帯域幅をもたらす。

この実施形態では、下部パッチ素子１とグラウンド表面１００との間の誘電体層６は、切れ目のない形で（一体部材の形で）実施され、すなわち、具体的には、空洞がない。その結果として、比較的に高い比誘電率が、これらの２つの導体間に存在し、これは、同様に、より広いアンテナ帯域幅を実現するのに有益である。

図１に示される実施形態に対する変形が、図２に示される。ただ１つの空洞の代わりに、図２では、２つの別個の空洞２１が、寄生パッチ素子１０の下方のセパレータ５内に存在する。２つの空洞２１は、ここでは、セパレータ５の材料内にドリルで穴を開けることによって形成されたものである。

Claims (3)

1. − グラウンド表面（１００）と、
   − 誘電体層（６）と、
   − 下部マイクロストリップアンテナ素子（１）と、
   − 誘電体セパレータ（５）と、
   − 上部マイクロストリップアンテナ素子（１０）と、
   を含む層構造を有する積層マイクロストリップアンテナにおいて、
   前記誘電体セパレータ（５）が、１または複数の空気空洞（２０、２１）を有する、ことを特徴とする積層マイクロストリップアンテナ。
2. 前記誘電体セパレータ（５）が、ＲＦプリント回路基板材料からなることを特徴とする、請求項１に記載の積層マイクロストリップアンテナ。
3. 前記グラウンド表面（１００）と前記下部マイクロストリップアンテナ素子（１）との間の前記誘電体層（６）が、空洞の無い一体部材からなることを特徴とする請求項１または２に記載の積層マイクロストリップアンテナ。

Images