JP2662567B2 - ３共振マイクロストリップアンテナ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はマイクロストリップアンテナ装置に関し、特
に、３つの周波数で使用可能な３共振マイクロストリッ
プアンテナ装置に関する。 （従来の技術） マイクロストリップアンテナは、誘電体板の両面に導
体板を装着した構成の、開放型平面共振回路の放射損を
利用したアンテナである。このマイクロストリップアン
テナは、 低プロフィール； 軽量コンパクト；および、 製作が容易； 等の理由から、現在注目されているアンテナの１つであ
る。 このアンテナは、本来、狭帯域特性であり、特定の周
波数帯においてもアンテナとしての機能を発揮する。 ところで、近年、移動通信や衛星通信の実用化に伴
い、複数の周波数帯を用いる通信方式が注目されてい
る。 例えば、市街地を走行する自動車と基地局との間で通
信を行なう場合、自動車の周囲の環境を考慮すると、多
くの情報を短時間に誤りなく伝送するためには２つ以上
の周波数帯で送信することが好ましい。また、この通信
系の制御および監視用にさらに１つの周波数帯域を用い
れるとすれば、少なくとも３つの周波帯が必要となる。 複数の周波帯を同地域で使用する場合、干渉を防止す
るためにはそれぞれを帯域幅の約５％以上離隔しなけれ
ばならない。このため、この種の通信を従来のマイクロ
ストリップアンテナを用いて行なう場合には、挟帯域特
性であるために使用周波数帯域の数だけそれを用意しな
ければならなかった。 一方、特開昭56−141605号公報には、共振点を２つ有
する２共振マイクロストリップアンテナが開示されてい
る。 このアンテナは、楕円形の放射導体素子の、長軸と短
軸がなす交角の１つの中線上に給電点を設けているの
で、長軸モードと短軸モードで励振が可能となり、２つ
の周波帯で使用できる。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、この２共振マイクロストリップアンテ
ナでは、構成上３つの周波帯で使用することはできな
い。一例を前述したが、１つのアンテナで使用できる周
波数帯域が多いほど通信方式の多様化に対するフレキシ
ビリティが高くなることはいうまでもない。 本発明は、通信方式の多様化に対するフレキシビリテ
ィが高い、３つの周波数帯域で使用可能な３共振マイク
ロストリップアンテナ装置を提供することを目的とす
る。 〔発明の構成〕 （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明においては、誘電体
板部材を、矩形の放射導体板部材および接地導体板部材
で挟み込む構成のマイクロストリップアンテナ装置にお
いて： 放射導体板部材の１つの辺の中央部に線路負荷を備
え、放射導体板部材の対角線上に給電点を配設した構成
とする。 （作用） これによれば、矩形の放射導体板部材の１辺の中央部
に線路負荷を備え、放射導体板部材の対角線上に給電点
を配設したことにより、本来それぞれ独立に存在してい
た各辺に平行な励振モードのうち、一方の励振モード、
すなわち、該線路ロストリップアンテナ装置は合計で３
つの共振点を有することになる。 この場合、例えば、銅箔を用いて放射導体板部材と線
路負荷とを一体に形成すれば、上述した低プロフィール
であること、軽量コンパクトであること、および、製作
が容易であること等のマイクロストリップアンテナの利
点を全く損なうことがない。 以下、図面を参照して実施例を説明する。 （実施例） 第1a図は、一実施例の３共振マイクロストリップアン
テナの平面図であり、第1b図は第1a図のIB−IB線断面図
である。 このアンテナは、誘電体板２のおもて面に銅箔でなる
放射導体板１を装着し、その裏面に同じく銅箔でなる接
地導体板３を装着したものである。 放射導体板１は、矩形1aにそれより小さい矩形1bを、
後者の中線が前者の１つの辺bcの中点を通るように接合
した形状に形成されており、矩形1bは線路負荷となって
いる。 給電点1cは対角線bd上にあり、そこには裏面から貫通
した同軸給電線４の内導体がハンダ付けされている。 本実施例においては、図に示した辺abの長さL1および
辺bcの長さL2をl₁とし、辺fgの長さL3をl₂、辺L4の長さ
をl₁/2に設定した。 接地導体板３は、誘電体板２の裏面全体を覆ってお
り、給電点1cで同軸給電線４の外導体がハンダ付けされ
ている。 このアンテナには、辺abに平行な成分、すなわちｘ成
分に対するTMmoモードと、辺bcに平行な成分、すなわち
ｙ成分に対するTMonモードが、それぞれ独立に存在する
（m,nは自然数であり、基本モードではそれぞれ１とな
る）。 第２図はｘ成分に開して示した等価回路である。この
図において辺ABは第1a図の辺abに対応し、辺BCは辺efに
対応する。また、Ｂ店からＡ点側を見た特性アドミタン
スY_x1および放射コンダクタンスG_x1ならびに、Ｂ点から
Ｃ点側を見た特性アドミタンスY_x2および放射コンダク
タンスG_x2は次式で表わされる。 G_xi＝Fc・（l₁）²/｛90・（λ_０）^２｝＝Ｇ …（２） ただし、i:1,2 εr:誘電体板２の誘電率 t:誘電体板２の板厚 Fc:フリンジング効果のための補正係数 λ₀:共振周波数の自由空間波長 である。 これにおいて、給電点の位置に対して共振周波数が無
関係であることから、簡単のためＢ点で給電したものと
考えると、ｘ成分の入力ガイドミタンスY_inxは、β・l₁
π,Yx₁》G,Y_x2》Ｇより、 Y_inx＝2G＋ｊ｛Y_x1・tan（β・l₁）＋ Y_x2・tan（βl₁2）｝ …（３） となる。これにおいて、βは位相定数であり、放射導体
板１上の伝搬波長をλｇとすれば、２π／λｇで表わさ
れる。 第４図はtan（β・l₁）およびtan（β・l₁/2）を示す
グラフであるが、この図を参照すると、第（３）式の虚
数項を零とするβ・l₁が、β・l₁＝πの両側に２箇所存
在することがわかる。そのときのβ・l₁の値を与える周
波数が共振波数であり、ｘ成分について２つの共振周波
数が存在することになる。ここでは、低い方の周波数を
f₁、高い方の周波数をf₃とする。 第３図はｙ成分に関して示した等価回路である。この
図においてＤ点は第1a図のａ点に相当し、Ｆ点は第1a図
のｄ点にそれぞれ相当する。また、辺DFの中点ＥからＤ
点側を見た特性アドミタンスYy₁および放射コンダクタ
ンスGy₁ならびに、Ｆ点側を見た特性アドミタンスYy₁お
よび放射コンダクタンスGy₂は、それぞれ次式で表わさ
れる。 Yy₁＝Yy₂＝Yx₁ …（４） Gy₁＝Gy₂＝Ｇ …（５） つまり、Ｆ点で給電したものと考えると、ｙ成分の入力
アドミタンスYinyは、 Yiny＝Ｇ＋Y₁｛（Ｇ＋jYy₁・tan（β・l₁）｝ ／｛Yy₁＋jG・tan（β・l₁）｝ …（６） となる。 第４図に示したように、β・l₁＝πのとき、tan（β
・l₁）＝０となるので第（６）式の虚数項が零になる。
つまり、そのときの周波数f₂がｙ成分についての共振周
波数である。 ところで、第（６）式に示されるように、ｙ成分の入
力アドミタンスYinyには、線路負荷1bの影響が現われて
こない。これは次に述べる根拠による。 線路負荷1bのない場合に、辺DFの中点、すなわち、ｙ
方向の中点Ｅから給電したときの入力アドミタンスYin
y′は、 Yiny′j2Yy₁・tan（β・l₁/2） …（７） となる。共振周波数ではYiny′＝±∞となるので、Ｅ点
に負荷を接続しても共振周波数に影響がないことにな
る。つまり、線路負荷1bは、ｙ成分についての共振周波
数f₂に影響を及ぼさない。 したがって、本実施例のアンテナは、第５図に示すよ
うに２つの共振周波数f₁およびf₃を有する入力インピー
ダンスZinxのアンテナAnt₁、および、１つの共振周波数
f₂を有する入力インピーダンスZinyアンテナAnt₂に等価
となる（ここで、f₁＜f₂＜f₃であり、図中の矢印は励振
モードを示す）。 第６図に示したグラフは、実施例のアンテナを、1.0
〜2.0GHzの周波数で励振したときのリターンロスを示
す。ここでリターンロスは給電電力の反射損を示し、0d
Bは全反射に相当する。 このグラフを参照すると、このアンテナは３つの周波
数f₁,f₂およびf₃においてリターンロスの絶対値が大き
くなり、共振していることがわかる。つまり、実測デー
タからもこのアンテナが３つの共振周波数を有している
ことが証明される。 第8a図、第8b図および第8c図は、それぞれ本実施例ア
ンテナを各共振周波数f₁,f₂あるいはf₃で励振したとき
の偏波面を示す。この測定は、第７図に示すように、実
施例アンテナをＸ−Ｚ平面に配置し、測定用ダイポール
アンテナをＹ軸上に配置して、実施例アンテナを反時計
方向に遂次回転しながら行なった。 第8a図を参照すると共振周波数f₁で励振した場合には
水平偏波となり、第8b図を参照すると共振周波数f₂で励
振した場合には垂直偏波となり、第8c図を参照すると共
振周波数f₃で励振した場合には水平偏波となることがわ
かる。 このように、共振周波数によって偏波面が変化するの
で、本実施例アンテナを、偏波面を識別等の情報に用い
る通信に用いた場合には、アンテナの姿勢を機械的に変
えることが不必要になるという副次的効果もある。 なお、上記実施例においては、線路負荷に開放線路を
用いたが、短絡線路でも全く同特性となる。その場合に
は、線路負荷の長さ（第1a図のL4）をl₁とすれば良い。 〔発明の効果〕 以上説明したとおり、本発明によれば、矩形の放射導
体板部材の１辺の中央部に線路負荷を備えたことによ
り、本来それぞれ独立に存在していた各辺に平行な励振
モードのうち、一方の励振モード、すなわち、該線路負
荷を備えた辺に垂直な励振モードの共振点が２つに分か
れるため、合計で３つの共振点を有する。 この場合、実施例で示したように、例えば銅箔を用い
て放射導体板部材と線路負荷とを一体に形成すれば、上
述した低プロフィールであること、軽量コンパクトであ
ること、および、製作が容易であること等のマイクロス
トリップアンテナの利点を全く損なうことがない。

【図面の簡単な説明】 第1a図は、一実施例の３共振マイクロストリップアンテ
ナの平面図であり、第1b図は第1a図のIB−IB線断面図で
ある。 第２図は第1a図に示したアンテナのｘ成分の等価回路で
あり、第３図はｙ成分の等価回路である。 第４図はtan（β・l₁）およびtan（β・l₁/2）を示すグ
ラフである。 第５図は第1a図に示したアンテナの等価回路である。 第６図は第1a図に示したアンテナの励振周波数とリター
ンロスの相関を示すグラフである。 第７図は測定のために第1a図に示したアンテナに設定し
た座標系を示す斜視図である。 第8a図，第8b図および第8c図は、それぞれ第1a図に示し
たアンテナを各共振周波数f₁,f₂あるいはf₃で励振した
とき偏波面を示すグラフである。 1:放射導体板（放射導体板部材） 1b:線路負荷（線路負荷） 1c:給電点 2:誘電体板（誘電体板部材） 3:接地導体板（接地導体板部材） 4:同軸給電線

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．使用波長に対して充分に薄い誘電体板部材； 誘電体板部材の一方の面に装着された矩形の放射導体板
   部材；および、 誘電体板部材の他方の面に装着された接地導体部材；よ
   りなるマイクロストリップアンテナ装置において； 放射導体板部材の１つの辺の中央部に線路負荷を備え、
   放射導体板部材の対角線上に給電点を配設した、３共振
   マイクロストリップアンテナ装置。 ２．前記線路負荷は、前記放射導体板部材の１つの辺の
   中線に対して対照な、該放射導体板部材より小さい矩形
   である、前記特許請求の範囲第（１）項記載の３共振マ
   イクロストリップアンテナ装置。 ３．前記線路負荷は、一つの辺が前記放射導体板部材の
   １つの辺に重なる矩形である、前記特許請求の範囲第
   （２）項記載の３共振マイクロストリップアンテナ装
   置。 ４．前記線路負荷は、前記放射導体板部材と一体であ
   る、前記特許請求の範囲第（３）項記載の３共振マイク
   ロストリップアンテナ装置。