JP4069638B2 - アンテナ素子 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、地上に設置されるアンテナや移動体などに搭載されるアンテナ、または複数のアンテナ素子から構成されるアレーアンテナに用いられるアンテナ素子に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来のマイクロストリップアンテナであり、例えば昭和５４年電子通信学会総合全国大会予稿集Ｓ６−５に示されたものである。
図において、１は給電パッチ、２は誘電体の基板、３はアンテナ地導体、４は給電点、５は上記給電点に給電する給電ピン、６は上記給電パッチ１の中心とアンテナ地板導体３を導通させるショートピン、７はアンテナ地導体背面に設けられたトリプレート線路を構成するための誘電体基板、8はトリプレート線路内導体（給電回路）、９は同軸コネクタ、１０はトリプレート線路の片側地導体兼コネクタ取り付け用のシャーシである。
また、図６は従来のマイクロストリップアンテナの周波数特性を広帯域化するための構成例であり、１１は無給電パッチ、１２は上記無給電パッチを形成するための誘電体基板であり、１〜１０は図５と同じものである。
図６に示すマイクロストリップアンテナは、図中の同軸コネクタ９からＲＦ信号を入力し、トリプレート線路内導体８を介して、給電パッチ１に給電し放射するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
プリント基板など回路パターンをエッチング加工により形成しその後積層をおこなう基板では、トリプレート内導体と給電パッチの層間接続は、スルーホール加工による接続は困難であり、給電パッチと給電回路部を一体成形することが困難であり、広帯域化を実現するべく、無給電パッチ、誘電体基板のそれを形成する誘電体基板をつけた場合に、アンテナ素子をアレー化して励振する際、誘電体内に表面波モード゛が発生し、放射パターンが崩れることが問題となっていた。
【０００４】
また、トリプレート内にレジスタチップ等を実装することができないため、アイソレーションポートを有する給電回路は形成不可能であった。また、これを解決するべくアンテナ放射面に給電回路を形成すると放射パターンの乱れが生じることが問題となっていた。
【０００５】
この発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、請求項記載の構成とすることで、給電パッチと給電回路部の積層一体成形を可能とし、製造性及び信頼性を高めることができる。また、表面波モードの発生を抑え、良好な放射パターンを形成することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るアンテナ素子は、多層誘電体基板に構成された平面給電回路と給電素子から成るアンテナ素子において、
上記平面給電回路は、
上面に上記給電素子が設けられる第一の誘電体基板と、
上記第一の誘電体基板と第二の誘電体基板の間に設けられ、マイクロストリップ線路を兼ねたアンテナ地導体と、
上記アンテナ地導体の誘電体基板の下面に貼り付けられる第二の誘電体基板と、
上記第二の誘電体基板の下面に設けられるマイクロストリップ線路とから構成し、
上記第二の誘電体基板の下面に貼り付けられるシャーシプレートを設け、
上記シャーシプレートには上記マイクロストリップ線路と接触しないように、上記平面給電回路における第二の誘電体基板の下面との接触部分に凹部を持たせるように彫り込み加工が形成され、かつ上記マイクロストリップ線路にRF信号を入力するための同軸コネクタを上記シャーシプレートに埋め込み、
上記同軸コネクタの内導体を上記マイクロストリップ線路に接続し、かつ上記同軸コネクタの内導体は、上記マイクロストリップ線路に設けられたスルーホールの内部を通して上記第二の誘電体基板の上面に突き抜け、かつ、上記同軸コネクタの内導体と地導体の間に空間を設けることで上記同軸コネクタの当該内導体と当該地導体が短絡しないような構成とし、
上記アンテナ地導体の一部に誘電体部分のみのクリアランスを設けることで給電ピンとの短絡をなくし、
上記内導体が突き抜けた部分において第一の誘電体基板の上面から上記内導体が見えるように上記第一の誘電体基板に穴を設け、
上記マイクロストリップ線路と給電素子を給電ピンで短絡し、上記給電回路と上記給電素子を一体成形するものである。
【０００７】
また、上記平面給電回路は、第一の誘電体基板の上面に設けられる上記給電素子のさらにその上面に、上記第一の誘電体基板の穴を覆い隠さないように第三の誘電体基板を設け、
上記第三の誘電体基板の上面に、上記給電素子と容量的に結合された無給電素子を構成したものである。
【０００８】
なお、第三の誘電体基板に構成された無給電素子の中心とシャーシプレート部を導通させるショートピンを設けても良い。
【０００９】
さらに、上記ショートピンにストレスリリーフの構造を設けても良い。
【００１０】
また、第二の誘電体基板の給電回路に円偏波発生回路を形成し、かつ直交する2つの給電位置の給電にて円偏波を発生させることも良い。
【００１１】
なお、給電回路を地導体にて囲み、上記第一から第六記載のアンテナ素子を多数同一基板上に形成することにより、アレーアンテナを形成することも良い。
【００１２】
さらに、第三の誘電体基板に低誘電率材料（εr＜３．０) を使用しても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明においての実施例１を示す図であり、１３はマイクロストリップ線路、１４は治具ザグリ部、１５は誘電体ザグリ部であり、１〜５、７、９、１０は図５と同じものである。
【００１４】
片側地導体兼コネクタ取り付け用シャーシ１０の片側地導体兼コネクタ取り付け治具の一部を治具ザグリ部１４の如くザグリをつけ、マイクロストリップ線路１３と治具が干渉しないように工夫した。また、誘電体ザグリ部１５のように一部に誘電体ザグリ部１５をつけることにより、同軸コネクタ９とマイクロストリップ線路１３の接続部分を上面から半田付けにて接続可能な構造とした。
【００１５】
多層誘電体基板２に構成されたマイクロストリップ線路１３と給電パッチ１から成るアンテナ素子において、第一の誘電体基板２の上面に給電パッチ１を構成し、第一の誘電体基板２の下面にアンテナ地導体３を構成し、第一の誘電体基板２の下面に貼り付けられる第二の誘電体基板７の下面にマイクロストリップ線路１３を構成している。
【００１６】
第二の誘電体基板７の下面に貼り付けられるシャーシプレート１０を設け、シャーシプレート１０にはマイクロストリップ線路１３と接触しないように平面回路接触部分に凹部を持たせるように彫り込み加工が形成され、かつマイクロストリップ線路１３にRF信号を入力するための同軸コネクタ９を上記シャーシプレート１０に埋め込んでいる。
【００１７】
この同軸コネクタ９の内導体をマイクロストリップ線路１３に接続し、かつ同軸コネクタの内導体９は、マイクロストリップ線路１３に設けられたスルーホールの内部を通して第二の誘電体基板７の上面に突き抜けている。
また、マイクロストリップ線路１３から第二の誘電体基板７と誘電体基板２を給電ピン５で貫通して、給電点４で給電パッチ１と接続されている。
【００１８】
このアンテナ素子は内導体が突き抜けた部分において第一の誘電体基板２の上面から内導体が見えるように第一の誘電体基板２に穴を設けたことである。
【００１９】
以上によれば、シャーシプレートに彫り込みをいれたマイクロストリップ線路１３の構造を採用することで、例えばプリント基板など回路パターンをエッチングにより形成する基板でも、マイクロストリップ線路１３とスルーホール加工による層間接続は可能で、給電パッチ１と給電回路を積層し一体成形することが可能となった。また、トリプレート線路構造の場合に比べ層数が減り、エッチング・スルーホル加工時の工程数を減らしの製造性の改善につなげることができる。
【００２０】
実施の形態２．
図２は実施例２を示す図であり、１〜５、７、９、１０は図５と、１３〜１５は図１と同じものである。
広帯域化を目的とした構成である場合では、誘電体基板１２を無給電パッチ１１と同じ大きさとし、無給電パッチ１１を形成する誘電体を各アンテナ素子毎に個別な構造とした。
【００２１】
以上によれば、無給電パッチを形成する誘電体を各アンテナ素子毎に個別な構造としており、従来技術で問題となっていた表面波モードの発生をおさえ、良好な放射パターンを形成することが可能である。
【００２２】
実施の形態３．
図３は、実施例３を示す図であり、１〜７、９〜１２は図５と、１３〜１５は図１と同じものである。誘電体の基板１２に構成された無給電パッチ１１の中心とシャシプレート部１０を導通させたショートピン６を設けた構造とした。
【００２３】
以上によれば、第三の誘電体の基板２上の無給電パッチ１１とシャーシプレート部１０を導通させるショートピン６を設けた構造とすることで、第三の誘電体基板１２上中心をシャーシプレート１０と同電位に落とすことができる。これにより、無給電パッチ１１からの放電による静電破壊を防止することができる。
【００２４】
実施の形態４．
図4は実施例４を示す図であり、１〜７、９〜１２は図５と、１３〜１５は図１と同じものである。
ショートピン６とシャーシとの接続部を曲げて引き回すことによりストレスリリーフの構造を形成した。
【００２５】
以上によれば、ショートピン６にストレスの構造をもうけることにより、温度変化によるショートピン６の熱ストレスを逃すことができる。
【００２６】
実施例１から３のアンテナ素子の裏面マイクロストリップ線路の部分に円偏波発生回路を形成し、かつ直交する２つの給電位置で給電する構造とすることもできる。
【００２７】
これによれば、マイクロストリップ線路１３の内部に円偏波発生回路を形成することで円偏波を発生することができる。
【００２８】
実施例１から５のアンテナ素子をアレー化することもできる。各アンテナ素子下面にある給電回路部を個々のアンテナ素子毎に個別になる構造としても良い。
【００２９】
これによれば、表面波モードの発生を抑え良好な放射パターンの形成が可能である。
【００３０】
誘電率基板１２に低誘電率材料（εr＜３．０)を使用した構造とした。
【００３１】
これによれば、アンテナ放射パターンの電界面と磁界面が広角まで一致させることができ、広角低軸比のアンテナが実現可能である。
【００３２】
【発明の効果】
この発明によれば、以上で述べたように、マイクロストリップ線路とスルーホール加工による層間接続は可能で、給電パッチとマイクロストリップ線路を積層し一体成形することが可能となり、トリプレート線路構造の場合に比べ層数が減り、スルーホルのエッチング加工時の工程数を減らし製造性の改善につながる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施例１を示す図である。
【図２】 この発明の実施例２を示す図である。
【図３】 この発明の実施例３を示す図である。
【図４】 この発明の実施例４、５、６、７を示す図である。
【図５】 従来の技術を示す図である。
【図６】 従来の技術を示す図である。
【符号の説明】
１ 給電パッチ、 ２ 誘電体基板、 ３ アンテナ地導体、 ４ 給電点 ５ 給電ピン、 ６ ショートピン、 ７ 誘電体基板、 ８ トリプレート線路内導体（給電回路）、 ９ 同軸コネクタ、 １０ シャーシプレート、 １１ 無給電パッチ、 １２ 誘電体基板、 １３ マイクロストリップ線路、 １４ 治具ザグリ部、 １５ 誘電体ザグリ部

Claims (6)

1. 多層誘電体基板に構成された平面給電回路と給電素子から成るアンテナ素子において、
   上記平面給電回路は、
   上面に上記給電素子が設けられる第一の誘電体基板と、
   上記第一の誘電体基板と第二の誘電体基板の間に設けられ、マイクロストリップ線路を兼ねたアンテナ地導体と、
   上記アンテナ地導体の誘電体基板の下面に貼り付けられる第二の誘電体基板と、
   上記第二の誘電体基板の下面に設けられるマイクロストリップ線路とから構成し、
   上記第二の誘電体基板の下面に貼り付けられるシャーシプレートを設け、
   上記シャーシプレートには上記マイクロストリップ線路と接触しないように、上記平面給電回路における第二の誘電体基板の下面との接触部分に凹部を持たせるように彫り込み加工が形成され、かつ上記マイクロストリップ線路にRF信号を入力するための同軸コネクタを上記シャーシプレートに埋め込み、
   上記同軸コネクタの内導体を上記マイクロストリップ線路に接続し、かつ上記同軸コネクタの内導体は、上記マイクロストリップ線路に設けられたスルーホールの内部を通して上記第二の誘電体基板の上面に突き抜け、かつ、上記同軸コネクタの内導体と地導体の間に空間を設けることで上記同軸コネクタの当該内導体と当該地導体が短絡しないような構成とし、
   上記アンテナ地導体の一部に誘電体部分のみのクリアランスを設けることで給電ピンとの短絡をなくし、
   上記内導体が突き抜けた部分において第一の誘電体基板の上面から上記内導体が見えるように上記第一の誘電体基板に穴を設けて同軸線路の接続部分を上面からはんだ付けにて接続可能とし、
   上記マイクロストリップ線路と給電素子を給電ピンで短絡し、上記給電回路と上記給電素子を一体成形することを特徴とするアンテナ素子。
2. 第一の誘電体基板の上面に、上記第一の誘電体基板の穴を覆い隠さないように第三の誘電体基板を設け、
   上記第三の誘電体基板に給電素子を構成したことを特徴とする請求項１記載のアンテナ素子。
3. 第三の誘電体基板に構成された給電素子の中心とシャーシプレート部を導通させるショートピンを設け、
   上記ショートピンにおける上記シャーシプレートとの接続部を曲げてストレスリリーフの構造を設けたことを特徴とする請求項２記載のアンテナ素子。
4. 第二の誘電体基板の給電回路に円偏波発生回路を形成し、かつ直交する2つの給電位置の給電にて円偏波を発生させることを特徴とする請求項１〜請求項３いずれか１項記載のアンテナ素子。
5. 給電回路を地導体にて囲み、請求項１〜請求項４いずれか１項記載のアンテナ素子を多数同一基板上に形成することにより、アレーアンテナを形成することを特徴としたアンテナ素子。
6. 第三の誘電体基板に低誘電率材料（εr＜３．０）を使用した請求項２〜請求項３いずれか１項記載のアンテナ素子。

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