JP2833802B2 - マイクロストリップアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［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に関する。

［従来の技術］ 第６図（Ａ）及び（Ｂ）に、従来の基板を小型化した
直線偏波マイクロストリップアンテナ（以下、第１の従
来例という。）を示す。

第６図（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、下面全面に接
地導体３が形成された円形平板形状の誘電体基板２の上
面の中央部に、円形状の放射導体１が形成されている。
また、放射導体１の中心Ｏから径方向にずれた位置４に
おける放射導体１に給電用同軸ケーブル20の中心導体21
が接続されるとともに、位置４の直下における接地導体
３に同軸ケーブル20の接地導体22が接続される。

以上のように構成された直線偏波マイクロストリップ
アンテナを、給電用ケーブル20を介してマイクロ波信号
で励振することによって、直線偏波マイクロ波が、放射
導体１の中心Ｏから放射導体１と垂直な放射方向Doで放
射される。

なお、一般に、円形マイクロストリップアンテナの共
振周波数frは次式で表される。

ここで、c_oは光速、ε_ｒは基板の比誘電率であり、ま
た、a_effは円形マイクロストリップアンテナの等価半径
であり、次式で表される。

ここで、ａは円形マイクロストリップアンテナの放射
導体の半径であり、ｈは基板の厚さである。

［発明が解決しようとする課題］ 上述の第１の従来例のマイクロストリップアンテナに
おいては、放射導体１の外周縁端部と接地導体３との間
のフリンジング電界が空気中に漏洩するため、マイクロ
ストリップアンテナ全体から見た場合の誘電体基板２の
実質的な比誘電率（以下、実質的な比誘電率という。）
が低下し、これによって、（１）式に示すように、当該
マイクロストリップアンテナの共振周波数が高くなる。

従って、同一の厚さの誘電体基板を用いて、所定の共
振周波数を有するマイクロストリップアンテナを構成す
るためには、第７図（Ａ）及び（Ｂ）に示すマイクロス
トリップアンテナ（以下、第２の従来例という。）のよ
うに、誘電体基板２の直径を大きくする必要があり、当
該マイクロストリップアンテナの形状が大きくなるとい
う問題点があった。

第８図（Ａ）及び（Ｂ）に、実開昭64−47110号公報
において提案された直線偏波マイクロストリップアンテ
ナ（以下、第３の従来例という。）を示す。なお、第８
図（Ａ）及び（Ｂ）において、第６図（Ａ）及び（Ｂ）
と同一のものについては同一の符号を付している。

この第３の従来例のマイクロストリップアンテナは、
円形平板形状の誘電体基板31と、矩形平板形状の誘電体
基板32を備え、放射導体１側の誘電体基板31の直径を接
地導体３側の誘電体基板32の直径に比べて小さくし、す
なわち放射導体１の周辺の誘電体基板の厚さを薄くした
ことを特徴としている。これによって、第１と第２の従
来例のマイクロストリップアンテナに比較して、軽量化
することができるとともに、広帯域化をはかることがで
きるという利点を有している。

しかしながら、この第３の従来例のマイクロストリッ
プアンテナは、２枚の誘電体基板31,32を備えているの
で、構成が複雑になり、製造工程が複雑になるという問
題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、構成が比較的
簡単であって、しかも従来例に比較して小型・軽量化す
ることができるマイクロストリップアンテナを提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る請求項１記載のマイクロストリップアン
テナは、 互いに平行な第１と第２の面を有する平板形状の誘電
体基板と、 上記誘電体基板の第１の面の略中央部に形成された放
射導体と、 上記放射導体に対して対向するように、上記誘電体基
板の第２の面の略全面に形成された第１の接地導体とを
備えたマイクロストリップアンテナにおいて、 上記誘電体基板は台形状断面を有し、 上記台形状断面を有する誘電体基板の外周部の少なく
とも一部に、上記放射導体と電気的に絶縁されかつ上記
第１の接地導体と電気的に接続され、上記放射導体と上
記第１の接地導体との間の電界を低減するための第２の
接地導体を形成したことを特徴とする。

また、本発明に係る請求項２記載のマイクロストリッ
プアンテナは、 第１と第２の面を有する誘電体基板と、 上記誘電体基板の第１の面の略中央部に形成された放
射導体と、 上記放射導体に対して対向するように、上記誘電体基
板の第２の面の略全面に形成された第１の接地導体とを
備えたマイクロストリップアンテナにおいて、 上記誘電体基板の外周部の少なくとも一部に、上記放
射導体と電気的に絶縁されかつ上記第１の接地導体と電
気的に接続され、上記放射導体と上記第１の接地導体と
の間の電界を低減するための第２の接地導体を形成し、 上記誘電体基板の第２の面に凹部又は凸部を形成し、
上記凹部又は凸部の略全面に、上記第１の接地導体に電
気的に接続される第３の接地導体を形成したことを特徴
とする。

［作用］ 上記誘電体基板の外周部の少なくとも一部に、上記放
射導体と電気的に絶縁されかつ上記第１の接地導体と電
気的に接続され、上記放射導体と上記第１の接地導体と
の間の電界を低減するための第２の接地導体を形成する
ことによって、誘電体基板の外周部における放射導体と
接地導体との間隔を短くし、放射導体の外周縁端部と接
地導体との間の空気中に形成されるフリンジング電界を
低減することができるので、従来例のように、実質的な
比誘電率が低下することを防止することができる。これ
によって、従来例に比較してマイクロストリップアンテ
ナを小型・軽量化することができる。

また、上記誘電体基板の断面を台形状とすることによ
り、もしくは上記誘電体基板の第２の面に凹部又は凸部
を形成することにより、放射導体と接地導体の間に形成
される電磁界分布を変化させ、これによって、当該マイ
クロストリップアンテナの放射指向特性を変化させるこ
とができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明による実施例について説
明する。

第１の実施例 第１図（Ａ）は本発明に係る第１の実施例の直線偏波
マイクロストリップアンテナの平面図であり、第１図
（Ｂ）は第１図（Ａ）のＡ−Ａ′線についての縦断面図
である。第１図（Ａ）及び（Ｂ）において、第６図
（Ａ）及び（Ｂ）、第７図（Ａ）及び（Ｂ）、並びに第
８図（Ａ）及び（Ｂ）と同一のものについては同一の符
号を付している。

この第１の実施例の直線偏波マイクロストリップアン
テナは、円形平板形状の誘電体基板２の外周部に、誘電
体基板２の下面全面に形成された接地導体３と一体的
に、接地導体５を形成したことを特徴とする。

第１図（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、円形平板形状
の誘電体基板２の上面の中央部に円形状の放射導体１
が、その直径が誘電体基板２の直径よりも短くなるよう
に形成され、一方、誘電体基板２の下面全面及び、誘電
体基板２の円形平板の外周部全面に、それぞれ接地導体
３、５が一体的に形成される。ここで、誘電体基板２は
好ましくは、例えばCaTiO₃である誘電体セラミックスに
てなる。

さらに、放射導体１の中心Ｏから径方向にずれた位置
４における放射導体１に給電用同軸ケーブル20の中心導
体21が接続されるとともに、位置４の直下における接地
導体３に同軸ケーブル20の接地導体22が接続される。

なお、第１図（Ａ）において、放射導体１の中心Ｏと
給電点４とを結ぶラインに平行な方向Deは当該マイクロ
ストリップアンテナから放射される電磁界のＥ面の方向
を示しており、Dhは上記Ｅ面の方向Deと直交する電磁界
のＨ面の方向を示しており、以下の図面においても同様
である。

以上のように構成された直線偏波マイクロストリップ
アンテナを、給電用ケーブル20を介してマイクロ波信号
で励振することによって、直線偏波のマイクロ波が、放
射導体１の中心Ｏから放射導体１と垂直な放射方向Doで
放射される。

本発明者は、比誘電率εｒ＝22であって厚さ7mmの誘
電体セラミックス基板を用いて、第１の従来例と第１の
実施例の構造を有する各マイクロストリップアンテナを
製造して、実験を行った。この実験の結果、共振周波数
ｆ＝1.5GHzを有するマイクロストリップアンテナを構成
するためには、第１の従来例の場合、直径が33mmである
誘電体基板２を必要とするが、第１の実施例の場合、直
径が27mmとなり、大幅に小型化することができることを
確認した。

以上説明したように、誘電体基板２の円形平板の外周
部全面に接地導体５を形成することにより、従来例のよ
うにフリンジング電界が空気中に漏洩することをほぼ完
全に防止することができるので、上記実質的な比誘電率
が低下することを防止することができる。従って、所定
の共振周波数を有するマイクロストリップアンテナを、
従来例に比較して小型化・軽量化することができるとい
う利点を有する。

以上の第１の実施例において、誘電体基板２を円形平
板形状で形成しているが、これに限らず、角形平板形状
又は矩形平板形状などの平板形状で形成してもよい。

第２の実施例 第２図（Ａ）は本発明に係る第２の実施例の直線偏波
マイクロストリップアンテナの平面図であり、第２図
（Ｂ）は第２図（Ａ）のＢ−Ｂ′線についての縦断面図
である。第２図（Ａ）及び（Ｂ）において、第１図
（Ａ）及び（Ｂ）と同一のものについては同一の符号を
付している。

この第２の実施例の直線偏波マイクロストリップアン
テナが、第１図（Ａ）及び（Ｂ）に示された第１の実施
例のマイクロストリップアンテナと異なる点は、誘電体
基板２の円形平板の外周部に、第１の実施例における高
さｈよりも低い高さhaを有する接地導体5aを、誘電体基
板２の下面の高さから上方に、接地導体３と一体的に形
成したことである。

以上のように構成された第２の実施例のマイクロスト
リップアンテナは、従来例のようにフリンジング電界が
大気中に漏洩することをある程度防止することができる
ので、上記実質的な比誘電率が低下することを防止する
ことができる。従って、所定の共振周波数を有するマイ
クロストリップアンテナを、従来例に比較して小型・軽
量化することができる。

第９図は、本発明者による実験によって得られた、接
地導体5a,5の各高さの比ha/hに対する共振周波数の比fr
/f₀の特性を示すグラフであり、ここで、ｈは第１の実
施例の接地導体５の高さであり、f₀は第１の実施例のマ
イクロストリップアンテナの共振周波数である。従っ
て、第９図のグラフは、接地導体5aの高さhaを変化した
場合のマイクロストリップアンテナの共振周波数frの変
化特性を示す。

第９図から明らかなように、接地導体5aの高さhaを、
第１の実施例の高さｈから減少させるにつれて、マイク
ロストリップアンテナの共振周波数f₀が、第１の実施例
の共振周波数frから高くなることがわかる。従って、こ
の第２の実施例のマイクロストリップアンテナは、接地
導体5aの高さhaを変化することにより、共振周波数frを
変化することができるという特有の利点を有する。

以上の第２の実施例においては、接地導体5aを、接地
導体３と一体的に形成しているが、これに限らず、別体
で形成し、ワイヤを用いて又はハンダ付けより接地導体
３と接地導体5aを接続してもよい。この場合、接地導体
5aを、誘電体基板２の下面の高さからではなく、誘電体
基板２の下面の高さから上方に、所定の高さだけ高い位
置の高さから形成してもよい。

また、以上の第２の実施例においては、一定の高さha
を有する接地導体5aを形成しているが、これに限らず、
誘電体基板２の外周部の位置に対して、高さhaが変化し
た接地導体5aを形成してもよい。

第３の実施例 第３図（Ａ）は本発明に係る第３の実施例の直線偏波
マイクロストリップアンテナの平面図であり、第３図
（Ｂ）は第３図（Ａ）のＣ−Ｃ′線についての縦断面図
である。第３図（Ａ）及び（Ｂ）において、第１図
（Ａ）、（Ｂ）及び第２図（Ａ）、（Ｂ）と同一のもの
については同一の符号を付している。

この第３の実施例の直線偏波マイクロストリップアン
テナが、第１図（Ａ）、（Ｂ）に示された第１の実施例
のマイクロストリップアンテナと異なる点は、誘電体基
板2aが、接地導体３が形成される下面の直径が放射導体
１が形成される上面の直径に比べて短い台形状の断面を
有することである。この誘電体基板2aは、平板形状の母
誘電体基板から図示の形状で切り出すことにより、もし
くは上記誘電体材料を図示の形状で射出成形法により成
形することにより容易に得ることができる。なお、接地
導体５は、誘電体基板2aの外周部全面に形成される。

第10図は、本発明者の実験によって得られた、第１と
第３の実施例の各マイクロストリップアンテナの放射指
向特性C1,C3を示す図である。

第10図から明らかなように、台形状断面を有する誘電
体基板2aを備えた第３の実施例のマイクロストリップア
ンテナのＨ面の放射指向特性は、第１の実施例のそれに
比較して広くなり、一方、第３の実施例のマイクロスト
リップアンテナのＥ面の放射指向特性は、第１の実施例
のそれに比較して狭くなることがわかる。

従って、本実施例のように、誘電体基板2aの断面形状
を変化させることにより、放射導体１と接地導体3,5と
の間の電磁界分布が変化し、これによって、当該マイク
ロストリップアンテナの放射指向特性を変化させること
ができる。

この第３の実施例のマイクロストリップアンテナは、
第１の実施例のマイクロストリップアンテナの作用及び
効果に加えて、第１の実施例とは異なる放射指向特性を
得ることができるという特有の効果を有する。

以上の第３の実施例において、誘電体基板2aは、その
下面の直径が上面の直径に比べて短い台形状の断面を有
するように形成されているが、これらに限らず、誘電体
基板2aを、その下面の直径が上面の直径に比べて長い台
形状の断面を有するように形成してもよい。

第４の実施例 第４図（Ａ）は本発明に係る第４の実施例の直線偏波
マイクロストリップアンテナの平面図であり、第４図
（Ｂ）は第４図（Ａ）のＤ−Ｄ′線についての縦断面図
である。第４図（Ａ）及び（Ｂ）において、第１図
（Ａ）及び（Ｂ）と同一のものについては同一の符号を
付している。

この第４の実施例の直線偏波マイクロストリップアン
テナが、第１図（Ａ）及び（Ｂ）に示された第１の実施
例のマイクロストリップアンテナと異なる点は、誘電体
基板2bの下面に、放射導体１の中心Ｏから放射方向Doを
向く放射マイクロ波の中心軸に対して回転対称な回転曲
面名状の凹部2baを形成したことである。この誘電体基
板2bは、第３の実施例の誘電体基板2aと同様の方法で容
易に得ることができる。なお、接地導体3aは、誘電体基
板2bの下面の外周縁端部及び上記凹部2baの各全面に形
成される。

第11図は、本発明者の実験によって得られた、第１と
第４の実施例の各マイクロストリップアンテナの放射指
向特性C1,C4を示す図である。

第11図から明らかなように、誘電体基板2bの下面に回
転曲面形状の凹部2baを形成した第４の実施例のマイク
ロストリップアンテナの放射指向特性は、Ｅ面及びＨ面
の両面において、第１の実施例のそれに比較して広くな
ることがわかる。

従って、本実施例のように、該誘電体基板2bの下面の
形状を変化させることにより、放射導体１と接地導体3
a,5との間の電磁界分布が変化し、これによって、当該
マイクロストリップアンテナの放射指向特性を変化させ
ることができる。

この第４の実施例のマイクロストリップアンテナは、
第１の実施例のマイクロストリップアンテナの作用及び
効果に加えて、第１の実施例とは異なる放射指向特性を
得ることができるという特有の効果を有する。

以上の第４の実施例において、誘電体基板2bの下面に
回転曲面形状の凹部2baを形成しているが、これに限ら
ず、誘電体基板2baの下面全体を回転凹曲面形状として
もよい。

また、第５図（Ｂ）に示すように、誘電体基板2cの下
面に、放射導体１の中心Ｏから放射方向Doを向く放射マ
イクロ波の中心軸に対して回転対称な回転曲面形状の凸
部2caを形成して、接地導体3bを、誘電体基板2cの下面
の外周縁端部及び上記凸部2caの各全面に形成してもよ
い。さらに、誘電体基板2cの下面全面を回転凸曲面形状
で形成してもよい。

他の実施例 以上の各実施例において、直線偏波マイクロストリッ
プアンテナについて述べているが、これに限らず、本発
明を、円偏波マイクロストリップアンテナに容易に適用
することができる。

以上の各実施例において、放射導体１を、その直径が
誘電体基板2,2a,2b,2cの各上面の直径よりも短くなるよ
うに構成しているが、これに限らず、放射導体１を、接
地導体5,5aと接触又は接続しない状態で、上記各上面の
直径に等しくなるように構成してもよい。

以上の各実施例において、接地導体5,5aを、誘電体基
板2,2a,2b,2cの外周部上に密着して形成しているが、こ
れに限らず、接地導体5,5aを、誘電体基板2,2a,2b,2cの
外周部から所定の間隔だけ離して形成してもよい。

以上の第３乃至第５の実施例において、接地導体５
を、誘電体基板2a,2b,2cの外周部全面に形成している
が、これに限らず、接地導体５を、第２の実施例のよう
に、誘電体基板の高さｈよりも低い高さhaだけ形成する
ようにしてもよい。

以上の第４の実施例及びその変形例において、誘電体
基板2b,2cは、放射導体の中心Ｏから放射方向Doを向く
放射マイクロ波の中心軸に対して回転対称な形状で形成
されているが、これに限らず、所望の指向特性を得るよ
うに適当に厚さが変化する誘電体基板を形成するように
してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、放射導体と接地
導体を、誘電体基板の第１と第２の面に形成してなるマ
イクロストリップアンテナにおいて、上記誘電体基板の
外周部の少なくとも一部に、上記放射導体と電気的に絶
縁されかつ上記第１の接地導体と電気的に接続され、上
記放射導体と上記第１の接地導体との間の電界を低減す
るための第２の接地導体を形成することによって、誘電
体基板の外周部における放射導体と接地導体との間隔を
短くし、放射導体の外周縁端部と接地導体との間の空気
中に形成されるフリンジング電界を低減することができ
るので、従来例のように、実質的な比誘電率が低下する
ことを防止することができる。これによって、従来に比
較してマイクロストリップアンテナを小型・軽量化する
ことができる。

また、上記誘電体基板の断面を台形状とすることによ
り、もしくは上記誘電体基板の第２の面に、凹部又は凸
部を形成することにより、放射導体と接地導体の間に形
成される電磁界分布を変化させ、これによって、当該マ
イクロストリップアンテナの放射指向特性を変化させる
ことができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明に係る第１の実施例の直線偏波マ
イクロストリップアンテナの平面図、 第１図（Ｂ）は第１図（Ａ）のＡ−Ａ′線についての縦
断面図、 第２図（Ａ）は本発明に係る第２の実施例の直線偏波マ
イクロストリップアンテナの平面図、 第２図（Ｂ）は第２図（Ａ）のＢ−Ｂ′線についての縦
断面図、 第３図（Ａ）は本発明に係る第３の実施例の直線偏波マ
イクロストリップアンテナの平面図、 第３図（Ｂ）は第３図（Ａ）のＣ−Ｃ′線についての縦
断面図、 第４図（Ａ）は本発明に係る第４の実施例の直線偏波マ
イクロストリップアンテナの平面図、 第４図（Ｂ）は第４図（Ａ）のＤ−Ｄ′線についての縦
断面図、 第５図（Ａ）は本発明に係る、第４の実施例の変形例の
直線偏波マイクロストリップアンテナの平面図、 第５図（Ｂ）は第５図（Ａ）のＥ−Ｅ′線についての縦
断面図、 第６図（Ａ）は第１の従来例の直線偏波マイクロストリ
ップアンテナの平面図、 第６図（Ｂ）は第６図（Ａ）のＦ−Ｆ′線についての縦
断面図、 第７図（Ａ）は第２の従来例の直線偏波マイクロストリ
ップアンテナの平面図、 第７図（Ｂ）は第７図（Ａ）のＧ−Ｇ′線についての縦
断面図、 第８図（Ａ）は第３の従来例の直線偏波マイクロストリ
ップアンテナの平面図、 第８図（Ｂ）は第７図（Ａ）のＨ−Ｈ′線についての縦
断面図、 第９図は第２の実施例のマイクロストリップアンテナの
誘電体基板の外周部に形成される接地導体の高さを変化
したときの共振周波数の変化を示すグラフ、 第10図は第１と第３の実施例の各マイクロストリップア
ンテナの放射指向特性を示す図、 第11図は第１と第４の実施例の各マイクロストリップア
ンテナの放射指向特性を示す図である。 １……放射導体、 2,2a,2b,2c……誘電体基板、 2ba……誘電体基板の凹部、 2ca……誘電体基板の凸部、 3,3a,3b……接地導体。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに平行な第１と第２の面を有する平板
   形状の誘電体基板と、 上記誘電体基板の第１の面の略中央部に形成された放射
   導体と、 上記放射導体に対して対向するように、上記誘電体基板
   の第２の面の略全面に形成された第１の接地導体とを備
   えたマイクロストリップアンテナにおいて、 上記誘電体基板は台形状断面を有し、 上記台形状断面を有する誘電体基板の外周部の少なくと
   も一部に、上記放射導体と電気的に絶縁されかつ上記第
   １の接地導体と電気的に接続され、上記放射導体と上記
   第１の接地導体との間の電界を低減するための第２の接
   地導体を形成したことを特徴とするマイクロストリップ
   アンテナ。
2. 【請求項２】第１と第２の面を有する誘電体基板と、 上記誘電体基板の第１の面の略中央部に形成された放射
   導体と、 上記放射導体に対して対向するように、上記誘電体基板
   の第２の面の略全面に形成された第１の接地導体とを備
   えたマイクロストリップアンテナにおいて、 上記誘電体基板の外周部の少なくとも一部に、上記放射
   導体と電気的に絶縁されかつ上記第１の接地導体と電気
   的に接続され、上記放射導体と上記第１の接地導体との
   間の電界を低減するための第２の接地導体を形成し、 上記誘電体基板の第２の面に凹部又は凸部を形成し、上
   記凹部又は凸部の略全面に、上記第１の接地導体に電気
   的に接続される第３の接地導体を形成したことを特徴と
   するマイクロストリップアンテナ。