JP3239561B2

JP3239561B2 - マイクロストリップアンテナ

Info

Publication number: JP3239561B2
Application number: JP27386093A
Authority: JP
Inventors: 正彦竹原
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-01-20
Filing date: 1993-11-01
Publication date: 2001-12-17
Anticipated expiration: 2016-12-17
Also published as: JPH06276015A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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、特に縮退分離されて一点給電により円偏波を発生
させるマイクロストリップアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロストリップアンテナ（以下ＭＳ
Ａとする）は、その簡易な構成により小型化が図れると
いう特性のために、近年、衛星通信用やグローバルポジ
ショニングシステム（ＧＰＳ）等のアンテナとして利用
されている。衛星通信やＧＰＳ用の電波としては円偏波
が使用されており、これに併せてＭＳＡにおいても円偏
波を送受信できるものが開発されている。例えば、特開
平２−１８４１０１号公報においては、円盤状または円
環状の放射導体の２点より位相を９０°ずらして給電す
る方式のものが記載されている。しかしながら、この装
置においては２点に給電するために分波器を設け、さら
に一方の給電点には位相をずらして給電するための移相
器を設ける必要がある。そこで、図３０に示されるよう
に円環状の放射導体１の一部に縮退分離素子２を設け、
これにより円偏波を送受信するＭＳＡが考案されてい
る。この縮退分離素子２は図に示されるように給電点３
から円環の中心点Ｏを見込む角度が４５°または１３５
°となる位置に配置される場合に円偏波の送受信が行え
ることが知られている。そして、この縮退分離素子２に
よって分波器や移相器などを省略し、簡易な構成の送受
信装置を構成していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな縮退分離素子２を用いて円偏波の送受信を行う場
合、この縮退分離素子２によりアンテナの特性が変化
し、所望の周波数とインピーダンスにおいて電圧定在波
比（ＶＳＷＲ）を１とすることが困難になる問題があっ
た。すなわち、給電点３において反射が起こり、入力さ
れた電力に対して放射される電力が等しくならず、効率
のよい送受信を行うことができないという問題があっ
た。

【０００４】図３２には図３０に示されたＭＳＡの入力
反射特性を示す一例がスミスチャートで示されている。
入力反射特性は特性曲線１０１で示されている。破線の
円１０２はインピーダンスが５０Ωであることを示すも
のであり、この破線の円１０２と特性曲線１０１が交差
する点でＭＳＡが使用されることが望ましく、他点で使
用する場合にはインピーダンス特性を整合させるために
新たな回路を設ける必要がある。これは、従来の送受信
回路はインピーダンスが５０Ωとして設計されているた
めであり、この値からずれた特性の場合は、前述のよう
に給電点３において反射が生じ、ＶＳＷＲが大きくな
る。

【０００５】一方、破線１０３は等しいインダクタンス
成分を結んだ線であり、円の直径１０５より上方に離れ
るほどインダクタンス成分が大きくなることを示す。ま
た、破線１０４は等しいキャパシタンス成分を結んだ線
であり、円の直径１０５より下方に離れるほどキャパシ
タンス成分が大きくなることを示す。従って、これらの
成分が大きくなればなるほど、すなわち直径１０５から
離れれば離れるほど電圧と電流に位相ずれが生じ、この
ためＶＳＷＲが大きくなってしまう。図３２にはインダ
クタンス成分が大きい場合が示されており、図３３には
逆にキャパシタンス成分が大きい場合が示されている。
図３２や図３３のような入力反射特性ではＶＳＷＲが１
とならず、図３１のようにインダクタンス成分とキャパ
シタンス成分が調整されている場合にＶＳＷＲが１とな
る。従って、ＭＳＡを設計する上で、直径１０５と円１
０２の交点１０６と特性曲線１０１とが交わり、このと
きの周波数が所望の周波数となればよい。しかしなが
ら、図３０に示すように縮退分離素子２を設けたＭＳＡ
の場合、インダクタンス成分が増加して特性曲線１０１
が図３２のように上方に偏る傾向がある。

【０００６】図３４には図３０に示すＭＳＡの周波数と
ＶＳＷＲとの関係が示されている。ＭＳＡが使用される
点は図において＃１で示されており、このときの周波数
は１６８７ＭＨｚでＶＳＷＲは１．８４８となってお
り、１に等しくなく、実用上問題となり得る値となって
いる。

【０００７】このように、縮退分離素子２を用いたＭＳ
Ａにおいては、分波器や移相器などは省略できるもの
の、効率のよい送受信ができなくなる問題があった。

【０００８】本発明は上記従来技術の有する課題に鑑み
成されたものであり、その目的は、縮退分離されて一点
給電により円偏波を送受信することのできるＭＳＡにお
いて、所望の周波数、インピーダンスの点でＶＳＷＲを
１に近付け、効率のよい送受信を行うことができるＭＳ
Ａを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、放射導体の中心点以外に位置する給電点
から給電を行い、縮退分離されて円偏波を放射するマイ
クロストリップアンテナにおいて、電流長の長い方向を
基準として前記放射導体表面上で右回りに４５゜の位置
にスタブ、あるいは左回りに４５゜の位置に切り欠きが
設けられ、前記スタブあるいは切り欠きの面積によりイ
ンダクタンス補正されることを特徴とする。また、本発
明は、放射導体の中心点以外に位置する給電点から給電
を行い、縮退分離されて円偏波を放射するマイクロスト
リップアンテナにおいて、電流長の長い方向を基準とし
て前記放射導体表面上で右回りに４５゜の位置に切り欠
き、あるいは左回りに４５゜の位置にスタブが設けら
れ、前記切り欠きあるいはスタブの面積によりキャパシ
タンス補正されることを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明は以上のような構成を有しており、縮退
分離素子等により電流長を変えた場合において、電流長
の長い方向に対して所定方向にスタブまたは切り欠きを
設ける。より具体的には、電流長の長い方向を基準とし
て放射導体表面上で右回り（時計回り）に４５゜の位置
にスタブまたは左回り（反時計回り）に４５゜の位置に
切り欠きを設ける、あるいは、電流長の長い方向を基準
として右回り（時計回り）に４５゜の位置に切り欠きま
たは左回り（反時計回り）に４５゜の位置にスタブを設
け、これらスタブまたは切り欠きの大きさを調整するこ
とにより入力反射特性を変え、所望の周波数、インピー
ダンスの時のＶＳＷＲを１に近づけるものである。

【００１１】

【実施例】以下、図面を用いながら本発明のマイクロス
トリップアンテナの好適な実施例について説明する。

【００１２】図１及び図２には本実施例のＭＳＡの概略
構成が示されており、図１がその斜視図であり、図２が
その断面図である。誘電体５の上面に放射導体１が配置
され、また誘電体５の下面には接地導体６が配置されて
いる。また、給電線７が放射導体１に給電点３において
接続されて誘電体５の下面へ導かれており、さらに図示
しない送受信回路に接続されている。この給電線７は接
地導体６とは間隙により絶縁されている。

【００１３】放射導体１はほぼ正方形をなし、その中央
部にはスロット２が設けられている。本実施例における
スロット２が縮退分離素子として機能し、放射導体１に
おける電流長に長短の変化を与えて円偏波を形成する。
このスロット２は給電点３に対して４５°に変位した位
置に設けられている。

【００１４】従来技術において詳述したように、放射導
体に縮退分離素子２を形成すると、インダクタンス成分
ないしキャパシタンス成分が変化してＶＳＷＲが１より
大きくなってしまう。そこで、放射導体１のインダクタ
ンス成分ないしキャパシタンス成分を調整する必要が生
じるが、本実施例においては、放射導体１の所定位置に
所定面積の切り欠き部１０を設けることにより、インダ
クタンス成分を補正している。図１に示されるような位
置に縮退分離素子としてのスロット２が形成された場
合、電流長の長い方向は、図１のアイ方向となる。そし
て、この電流長の長い方向に対して、反時計回りに４５
°の位置に切り欠き部１０が設けられている。このよう
に、電流長の長い方向に対して反時計回りに４５°の位
置に切り欠き部１０を設けることにより、放射導体１の
インダクタンス成分が変化し、図３１のスミスチャート
において特性曲線１０１が直径１０５に対して下方に遷
移する。従って、放射導体１に対して縮退分離素子とし
てのスロット２が形成され、その入力反射特性が図３２
に示されるようなものであった場合、図１に示されるよ
うに切り欠き部１０が所定面積で設けられることによ
り、特性曲線１０１は図３２から図３１に示すように変
位し、ＶＳＷＲを１に近付けることが可能となる。

【００１５】図１においては、電流長の長い方向に対し
て反時計回りに４５°の位置に切り欠き部１０を設ける
ことによりインダクタンス成分を調整したが、電流長の
長い方向に対して対称的な位置、すなわち電流長の長い
方向に対して時計回りに４５°の位置にスタブを設ける
ことによっても同様にインダクタンス成分を調整するこ
とができる。図３にはこのようにスタブを設けることに
よりインダクタンス成分を調整する場合の一例が示され
ている。図３において放射導体１に縮退分離素子として
のスロット２及び給電点３が図１と同様に設けられてお
り、図中矢印アイ方向に電流長の長い方向が形成されて
いる。そして、このアイ方向に対して時計回りに４５°
の位置にスタブ１２が設けられている。このスタブ１２
の面積は補正すべきインダクタンス量に応じて調整され
る。このように、スタブ１２を設けることは、図１１に
示されるように切り欠き部を設けることと入力反射特性
上等価であり、インダクタンス成分を調整してＶＳＷＲ
を１に近付けることができる。

【００１６】図１及び図３のＭＳＡにおいては、インダ
クタンス成分が大きい場合のインダクタンス成分調整に
ついて示したが、キャパシタンス成分が大きい場合にも
同様にしてスタブまたは切り欠き部を設けることにより
キャパシタンス成分を調整することができる。図４及び
図５にはキャパシタンス成分を調整する場合の例が示さ
れており、図４には電流長の長い方向アイに対して反時
計回りに４５°の位置にスタブ１２を設けた場合であ
り、図５は電流長の長い方向アイに対して時計回りに４
５°の位置に切り欠き部１０を設けた場合である。

【００１７】図６には本発明の他の実施例が示されてい
る。この実施例においては、放射導体１に形成される縮
退分離素子は交差するスロット２により実現されてい
る。交差する２つのスロットは長さが異なり、図６にお
いてスロット２ａの方がスロット２ｂよりも長くなって
いる。このようないわゆるクロススロットを縮退分離素
子として用いた場合、電流長の長い方向は図中矢印アイ
方向であり、この方向アイに対して時計回りに４５°の
位置にスタブ１２が設けられている。このスタブ１２に
よって、図３におけるスタブと同様に放射導体１のイン
ダクタンス成分が補正され、ＶＳＷＲを１に近付けるこ
とができる。図７には図６と同様のクロススロットを縮
退分離素子として用いた場合の切り欠き部１０によるイ
ンダクタンス成分の調整例が示されている。切り欠き部
１０は電流長の長い方向に対して反時計回りに４５°の
位置に設けられる。この位置関係は、図１のＭＳＡと全
く同様である。

【００１８】一方、図８及び図９にはクロススロットを
縮退分離素子として用いた場合のキャパシタンス調整の
例が示されている。図８はスタブ１２を用いてキャパシ
タンス調整をする場合であり、図９は切り欠き部１０を
用いてキャパシタンス調整する場合である。図８、図９
はそれぞれ図４及び図５に対応している。

【００１９】図１０には本発明の更に他の実施例が示さ
れている。本実施例においては、放射導体１は長方形の
形状を成しており、図中矢印アイ方向が電流長の長い方
向である。そして、アイ方向に対して時計回りに４５°
の位置にスタブ１２が設けられ、放射導体１のインダク
タンス成分の調整が行われる。図１１は図１０と同様の
放射導体において切り欠き部１０を設けることによりイ
ンダクタンス成分の調整を行う例である。切り欠き部１
０は電流長の長い方向アイに対して反時計回りに４５°
の位置に設けられる。図１０及び図１１いずれの場合に
おいても、放射導体のインダクタンス成分が調整され、
ＶＳＷＲを１に近付けることができる。なお、図１０及
び図１１において、縮退分離は放射導体１の形状を長方
形とすることにより達成されている。

【００２０】図１２及び図１３には本実施例においてキ
ャパシタンス成分を調整する場合の例が示されている。
放射導体１は図１０と同様に長方形の形状をなし、図中
アイ方向が電流長の長い方向である。図１２において
は、アイ方向に対して反時計回りに４５°の位置にスタ
ブ１２が設けられ、図１３においては時計回りに４５°
の位置に切り欠き部１０が設けられている。図１２及び
図１３はそれぞれ図４及び図５に対応するものである。

【００２１】図１４には本発明の更に他の実施例が示さ
れている。本実施例においては、放射導体１は図１と同
様に正方形の形状をなしており、対角線の位置に切り欠
き２が設けられている。この切り欠き２が縮退分離素子
として機能し、電流長に変化を生じさせる。図において
矢印アイ方向が電流長の長い方向である。そして、図１
４においては、アイ方向に対して時計回りに４５°の位
置にスタブ１２が設けられている。このスタブ１２によ
り放射導体のインダクタンス成分が調整される。図１５
には本実施例における切り欠き部１０によりインダクタ
ンス成分を調整する例が示されている。切り欠き部１０
は電流長の長いアイ方向に対して反時計回りに４５°の
位置に設けられる。図１４は図３に対応し、図１５は図
１に対応するものである。

【００２２】一方、図１６及び図１７には本実施例にお
けるキャパシタンス調整の例が示されており、図１６は
スタブ１２によりキャパシタンス調整を行う場合の例で
あり、図１７は切り欠き部１０によりキャパシタンス調
整を行う場合の例であり、それぞれ図４及び図５に対応
するものである。

【００２３】図１８には本発明の更に他の実施例が示さ
れている。本実施例においては、放射導体１は正方形の
形状をなし、図中上下方向に縮退分離素子２が設けられ
ている。図中矢印アイ方向が電流長の長い方向である。
そして、図１８においては、アイ方向に対して時計回り
に４５°の位置にスタブ１２が設けられ、インダクタン
ス調整が行われる。また、図１９はアイ方向に対して反
時計回りに４５°の位置に切り欠き部１０が設けられ、
インダクタンス調整が行われる例である。

【００２４】一方、図２０及び図２１は本実施例におけ
るキャパシタンス成分の調整を行う場合の例が示されて
おり、図２０はスタブ１２により調整する場合であり、
図２１は切り欠き部１０により調整する場合である。図
２０、図２１はそれぞれ図４及び図５に対応するもので
ある。

【００２５】図２２には本発明の更に他の実施例が示さ
れている。本実施例においては、放射導体１は正方形に
形成され、対角線状に形成されたスロット２により縮退
分離素子が形成される。図中矢印アイ方向が電流長の長
い方向である。そして、図２２においては、アイ方向に
対して時計回りに４５°の位置にスタブ１２が設けられ
てインダクタンス調整がなされる。図２３は、切り欠き
部１０によりインダクタンス調整を行う場合の例であ
り、アイ方向に対して反時計回りに４５°の位置に切り
欠き部１０が設けられる。図２２は図３に対応するもの
であり、図２３は図１に対応するものである。

【００２６】一方、図２４及び図２５には本実施例にお
けるキャパシタンス調整の場合が示されており、図２４
ではスタブ１２によりキャパシタンス調整がなされ、図
２５では切り欠き部１０によりキャパシタンス調整が行
われる。図２４及び図２５はそれぞれ図４及び図５に対
応するものである。

【００２７】図２６及び図２７には本発明の更に他の実
施例のＭＳＡの構成が示されており、図２６がその斜視
図、図２７がその断面図である。誘電体５の上面に放射
導体１が配置され、また誘電体５の下面には接地導体６
が配置されている。また、給電線７が放射導体１に接続
されて給電体５の下面へ導かれており、更に図示しない
送受信回路に接続されている。給電線７は接地導体６と
は間隙により絶縁されている。

【００２８】図２８（ａ），（ｂ）には放射導体１の形
状の詳細が示されている。略円環状の放射導体１の外周
上に給電点３から４５°の位置に縮退分離素子２が設け
られている。そして、放射導体１の外周上にスタブ１
２、切り欠き部１２´が設けられている。このスタブ１
２は給電点３を通る直径上に配置されている。従って、
スタブ１２と縮退分離素子２とが放射導体１の中心Ｏを
見込む角度は時計回りに４５°である。また、切り欠き
部１２´は反時計回りに４５°である。

【００２９】図２９は図２８に示したＭＳＡの入力反射
特性図である。図２９（ａ）は縦軸がＶＳＷＲであり横
軸が周波数（ＭＨｚ）であり、特性曲線が実線１１０で
示されている。また、図２９（ｂ）は図２８のＭＳＡの
スミスチャートであり、特性曲線が実線１１１で示され
ている。図２９（ｂ）でインピーダンス５０Ωの点＃１
がほぼ直径１１６の位置にあり、さらにこのときの周波
数が１５７４ＭＨｚ、ＶＳＷＲもほぼ１となっている。

【００３０】以上のように、各実施例においてはスタブ
または切り欠き部を設けることによりほぼ要求を満たす
特性が得られるが、この調整はスタブ１２または切り欠
き部１０の面積を変えることにより行われる。また、面
積が同じならばスタブまたは切り欠き部を対象な位置に
２つ設けずに、いずれか一方に２つの面積を足した面積
のスタブまたは切り欠き部を設けてもほぼ等しい特性を
得ることができる。スタブ１２または切り欠き部１０の
面積が大きいほど調整量は大きくなり、例えば図１にお
いて切り欠き部１０の面積を大きくするほどスミスチャ
ートにおける特性曲線を下方、すなわちキャパシタンス
方向へ移動させることができ、図４においてスタブ１２
の面積を大きくするほどスミスチャートの特性曲線を上
方、すなわちインダクタンス方向へ移動させることがで
きる。なお、切り欠き又はスラブの位置が縮退分離素子
から４５°より若干角度（１〜５°）ずれた場合でも、
切り欠きやスタブの面積調整を行うことで、ＶＳＷＲを
“１”近傍に微調整することは可能であるが、面積調整
によってアンテナのインピーダンス整合をしなおす必要
が生じるため、縮退分離素子から４５°の位置に切り欠
きやスタブを設けることがよいのである。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のマイクロ
ストリップアンテナ（ＭＳＡ）によれば、縮退分離によ
り生じるインピーダンスのインダクタンス成分またはキ
ャパシタンス成分を調整することができ、これにより反
射の生じにくい、すなわちＶＳＷＲを１にほぼ等しく設
定でき、極めて効率のよいＭＳＡを構成することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のマイクロストリップアンテ
ナ（ＭＳＡ）の斜視図である。

【図２】同実施例のＭＳＡの断面図である。

【図３】同実施例のインダクタンス補正の説明図であ
る。

【図４】同実施例のキャパシタンス補正の説明図であ
る。

【図５】同実施例のキャパシタンス補正の説明図であ
る。

【図６】本発明の他の実施例のインダクタンス補正の説
明図である。

【図７】同実施例のインダクタンス補正の説明図であ
る。

【図８】同実施例のキャパシタンス補正の説明図であ
る。

【図９】同実施例のキャパシタンス補正の説明図であ
る。

【図１０】本発明の他の実施例のインダクタンス補正の
説明図である。

【図１１】同実施例のインダクタンス補正の説明図であ
る。

【図１２】同実施例のキャパシタンス補正の説明図であ
る。

【図１３】同実施例のキャパシタンス補正の説明図であ
る。

【図１４】本発明の他の実施例のインダクタンス補正の
説明図である。

【図１５】同実施例のインダクタンス補正の説明図であ
る。

【図１６】同実施例のキャパシタンス補正の説明図であ
る。

【図１７】同実施例のキャパシタンス補正の説明図であ
る。

【図１８】本発明の他の実施例のインダクタンス補正の
説明図である。

【図１９】同実施例のインダクタンス補正の説明図であ
る。

【図２０】同実施例のキャパシタンス補正の説明図であ
る。

【図２１】同実施例のキャパシタンス補正の説明図であ
る。

【図２２】本発明の他の実施例のインダクタンス補正の
説明図である。

【図２３】同実施例のインダクタンス補正の説明図であ
る。

【図２４】同実施例のキャパシタンス補正の説明図であ
る。

【図２５】同実施例のキャパシタンス補正の説明図であ
る。

【図２６】本発明の他の実施例のＭＳＡの斜視図であ
る。

【図２７】同実施例のＭＳＡの断面図である。

【図２８】同実施例のインダクタンス補正の説明図であ
る。

【図２９】同実施例の周波数に対するＶＳＷＲの関係、
及びスミスチャートを示す図である。

【図３０】従来のＭＳＡの説明図である。

【図３１】ＭＳＡのスミスチャートである。

【図３２】ＭＳＡのスミスチャートである。

【図３３】ＭＳＡのスミスチャートである。

【図３４】ＭＳＡの周波数とＶＳＷＲとの関係を示すグ
ラフ図である。

【符号の説明】

１放射導体２スロット３給電点５誘電体６接地導体１０切り欠き部１２スタブ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】放射導体の中心点以外に位置する給電点
から給電を行い、縮退分離されて円偏波を放射するマイ
クロストリップアンテナにおいて、電流長の長い方向を基準として前記放射導体表面上で右
回りに４５゜の位置にスタブ、あるいは左回りに４５゜
の位置に切り欠きが設けられ、前記スタブあるいは切り欠きの面積によりインダクタン
ス補正されることを特徴とするマイクロストリップアン
テナ。
【請求項２】放射導体の中心点以外に位置する給電点
から給電を行い、縮退分離されて円偏波を放射するマイ
クロストリップアンテナにおいて、電流長の長い方向を基準として前記放射導体表面上で右
回りに４５゜の位置に切り欠き、あるいは左回りに４５
゜の位置にスタブが設けられ、前記切り欠きあるいはスタブの面積によりキャパシタン
ス補正されることを特徴とするマイクロストリップアン
テナ。