JP4220109B2 - マイクロストリップアンテナ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロストリップアンテナに関し、特に異なる２以上の周波数帯域の信号を送受信可能なマイクロストリップアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
小型平面アンテナとして近年注目されているマイクロストリップアンテナとしては、図６に示すように、裏面に接地導体板４３をもつ誘電体基板４２の表面に、放射導体板４１を形成したものが一般的である。図示のものは、放射導体板４１上の一点に給電線路４５を直結して給電する一点給電方式のものである。
【０００３】
この一点給電方式では、図７（ａ）のように、放射導体板４１上で互いに直交する２つの対角線のうち一方と放射導体板４１の縁部との交点に、凹部からなる摂動素子３が形成されている。この摂動素子３により、２つの対角線に対応する共振方向の２つの共振モード＃１，＃２における電流の経路長に摂動が与えられて、縮退が解かれ、空間的に直交する２つのモード＃１とモード＃２が発生する。そして図８に示すように、モード＃１とモード＃２との振幅分布の交点が振幅の０．７０７となるように摂動素子３の寸法を調整することにより、モード＃１とモード＃２とで位相差９０度の振幅の等しい直交電流が発生し、円偏波が励振される。放射導体板の平面形状は図７（ｂ）の放射導体板５１のように円形としてもよく、また摂動素子３は凹部でなく凸部としてもよい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年のＧＰＳ（Global Positioning System）の普及と、有料道路自動料金収受システムの提案とにより、車両において周波数帯域の異なる複数種類の円偏波信号を送受信する必要が生じているが、複数の周波数帯域の信号を送受信するには、周波数特性の異なる複数のアンテナをそれぞれ設置することが必要である。しかし、車両にあっては設置スペースが限られているため、アンテナの設置スペースは小さくすることが望ましい。
【０００５】
そこで本発明の目的は、複数の周波数帯域の送受信が可能であって、かつ設置スペースが小さくて済むマイクロストリップアンテナを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
第１の本発明は、第１の共振周波数を有する第１の放射導体板と、第２の共振周波数を有する第２の放射導体板と、前記第１の放射導体板と前記第２の放射導体板との間に設けられた第１の誘電体基板と、第２の誘電体基板を挟んで前記第２の放射導体板と対向する接地導体板と、前記第１の誘電体基板、前記第２の放射導体板、前記第２の誘電体基板および前記接地導体板を非接触状態で貫いて前記第１の放射導体板の一点に直結する給電線路と、前記各放射導体板に設けられ、各放射導体板の励振方向を規定する各摂動素子と、を含み、前記第１の誘電体基板と前記第１の放射導体板とは第１アンテナ部を構成し、前記第２の放射導体板と前記第２の誘電体基板と前記接地導体板とは第２アンテナ部を構成し、円偏波信号の送受信を行うマイクロストリップアンテナであって、前記給電線路を中心に、前記第１アンテナ部を前記第２アンテナ部に対して、その励振方向が相対的にずれるように旋回させて、前記第１アンテナ部と前記第２アンテナ部との周波数特性を調整することを特徴とするマイクロストリップアンテナである。
【０００８】
第２の本発明は、第１の本発明のマイクロストリップアンテナであって、前記給電線路は、各放射導体板の励振方向に対して４５度傾いた軸の上にあって各放射導体板の縁から各放射導体板の長さの３／８から１／４だけ内側に配置されていることを特徴とするマイクロストリップアンテナである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１（ａ），（ｂ）において、第１実施形態のアンテナ１は、円偏波受信用のマイクロストリップアンテナであり、第１の共振周波数ｆ１を有する第１の放射導体板１１と、ｆ１より低い第２の共振周波数ｆ２を有する第２の放射導体板２１とを備えている。
【００１１】
第１の放射導体板１１は、第１の誘電体基板１２の図中上面に形成されており、両者により第１アンテナ部１０が構成される。また、第２の放射導体板２１は、第２の誘電体基板２２の図中上面に形成され、他方、第２の誘電体基板２２の図中下面には接地導体板２３が形成されており、これらにより第２アンテナ部２０が構成される。
【００１２】
第１の放射導体板１１および第２の放射導体板２１のそれぞれには、図２に示すように、各放射導体板１１，２１の対角線の一方と各放射導体板１１，２１の縁部との一対の交点のそれぞれに、切欠部からなる摂動素子３が形成されている。
【００１３】
第１の放射導体板１１上の一点には、同軸ケーブル５（図１（ｂ）参照）の給電ピンが直結されて給電点Ｆをなしている。同軸ケーブル５は、第１の誘電体基板１２、第２の放射導体板２１、第２の誘電体基板２２および接地導体板２３を非接触状態で貫いており、これにより、第１アンテナ部１０は、給電ピンを中心に、第２アンテナ部２０に対して相対的に旋回可能に保持されている。
【００１４】
以上のとおり構成されたアンテナ１では、給電が行われると、摂動素子３の作用により、モード＃１とモード＃２との励振方向の間に９０度の電気的位相差が生成され、この状態で円偏波信号の送受信が行われる。
【００１５】
しかして、本実施形態のアンテナ１では、第２アンテナ部２０上に、第１アンテナ部１０を重ねて配置するので、設置スペースの増加が第１アンテナ部１０の厚さ分だけで済み、複数の周波数帯域に応じた複数のマイクロストリップアンテナを別個に設ける必要はなく、省スペース化を図ることができる。
【００１６】
また、本実施形態では、図３に示すように、第１アンテナ部１０を、給電点Ｆを中心に、第２アンテナ部２０に対して相対的に旋回させることにより、主として第２アンテナ部２０における周波数特性を微調整して、良好な送受信を行うことができる。
【００１７】
なお、第１アンテナ部１０と第２アンテナ部２０との相対旋回角度の保持については、第１アンテナ部１０の自重や第１アンテナ部１０と第２アンテナ部２０との摩擦によって保持される構成や、給電線路５の外装被覆（図示せず）と誘電体基板１２，２２の孔の内周との摩擦により保持される構成とすることができ、さらには、第１アンテナ部１０と第２アンテナ部２０とを上下から挟んで両者の位置関係を固定する例えばクランプ状の固定部材を用いてもよい。また、給電線路５の給電ピンと給電点Ｆとを両者の間の導通を保ちつつ相対回転可能に保持する適宜のコネクタあるいはボルトナットを用いてもよい。
【００１８】
また、本実施形態では、複数の周波数帯域の送受信を共通の給電線路である同軸ケーブル５で実行できるので、配線を簡略化できる。
【００１９】
なお、本実施形態のように第２アンテナ部２０の上に、第１アンテナ部１０を重ねて配置する場合には、軸比（すなわち、円偏波を送受信する際の最大電力と最小電力の比）が大きくなってしまう傾向がある。しかしながら、これは摂動素子３の大きさと給電点Ｆの位置とを適切に選択することにより改善することができる。後者については、例えば図４に示すように、モード＃１およびモード＃２の励振方向に対して４５度だけ位相を異にした対称軸３１または対称軸３２上であって、エレメント長（略正方形である第１または第２の放射導体板１１，２１の縦辺の長さ）の３／８以下、好ましくは１／４だけ縁部から内側の位置とした場合に、良好な送受信性能を得ることができる。なお、この図４の構成においては、給電点をＦ１（またはＦ２）とした場合には右旋円偏波の受信（左旋円偏波の送信）を、また給電点をＦ３（またはＦ４）とした場合には左旋円偏波の受信（右旋円偏波の送信）を行うことができる。
【００２０】
なお、上記実施形態では第１および第２の放射導体板１１，２１をいずれも平面視正方形としたが、このような構成に代えて、放射導体板を図５（ａ）ないし（ｐ）のように、円形としたり、長方形とするなど、マイクロストリップアンテナの分野において従来公知の種々の形状を採用できる。また、摂動素子３は凹部でなく凸部としてもよく、さらには放射導体板の形状自体を楕円形や菱形に形成することで摂動を得るような摂動構造としてもよい。
【００２１】
また、上記実施形態では２つの放射導体板１１，２１を用いて２種類の周波数帯域の信号を受信可能としたが、このような構成に代えて３つ以上の放射導体板を誘電体基板を介して重ね合わせることにより、３種類以上の周波数帯域の信号を送受信できる構成としてもよく、かかる構成も本発明の範疇に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態のアンテナを示し、（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその断面図である。
【図２】 アンテナの分解状態を示す平面図である。
【図３】 アンテナの使用状態を示す平面図である。
【図４】 アンテナの変形例を示す平面図である。
【図５】 （ａ）ないし（ｐ）は放射導体板の他の構成例を示す平面図である。
【図６】 従来のアンテナを示す斜視図である。
【図７】 （ａ）および（ｂ）は従来の放射導体板を示す平面図である。
【図８】 従来のアンテナにおける振幅分布特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１ アンテナ、３ 摂動素子、５，４５ 同軸ケーブル、１０ 第１アンテナ部、１１，２１，４１ 放射導体板、１２，２２，４２ 誘電体基板、２０ 第２アンテナ部、２３，４３ 接地導体板、Ｆ 給電点。

Claims (2)

1. 第１の共振周波数を有する第１の放射導体板と、
   第２の共振周波数を有する第２の放射導体板と、
   前記第１の放射導体板と前記第２の放射導体板との間に設けられた第１の誘電体基板と、
   第２の誘電体基板を挟んで前記第２の放射導体板と対向する接地導体板と、
   前記第１の誘電体基板、前記第２の放射導体板、前記第２の誘電体基板および前記接地導体板を非接触状態で貫いて前記第１の放射導体板の一点に直結する給電線路と、
   前記各放射導体板に設けられ、各放射導体板の励振方向を規定する各摂動素子と、
   を含み、前記第１の誘電体基板と前記第１の放射導体板とは第１アンテナ部を構成し、前記第２の放射導体板と前記第２の誘電体基板と前記接地導体板とは第２アンテナ部を構成し、円偏波信号の送受信を行うマイクロストリップアンテナであって、
   前記給電線路を中心に、前記第１アンテナ部を前記第２アンテナ部に対して、その励振方向が相対的にずれるように旋回させて、前記第１アンテナ部と前記第２アンテナ部との周波数特性を調整する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１に記載のマイクロストリップアンテナであって、
   前記給電線路は、各放射導体板の励振方向に対して４５度傾いた軸の上にあって各放射導体板の縁から各放射導体板の長さの３／８から１／４だけ内側に配置されていること、
   を特徴とするマイクロストリップアンテナ。

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