JP4400929B2 - 極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、超広帯域（Ultra Wideband：ＵＷＢ）通信等のように電磁インパルスを用いた通信に使用可能なインパルス送受信用広帯域アンテナに関し、特に、主放射素子およびこれに接続された副放射素子のノッチ（ＮＯＴＣＨ）構造を変えることで広帯域特性を持たせた極小型超広帯域マイクロストリップアンテナに関する。

ＵＷＢとは、３．１〜１０．６ＧＨｚの範囲の周波数帯域を使用しながら１０ｍ〜１ｋｍの伝送距離を保証する技術をいう。
周知のごとく、インパルス無線通信は、既存の狭帯域通信とは異なって、非常に広い周波数帯域を使用し、超低電力で高速のデータ伝送が成し遂げられる通信方法である。仮に、インパルスを用いた無線通信が普遍化することで移動通信端末に適用する必要があるとすれば、アンテナの小型化は必須である。

しかし、従来のインパルス送受信用超広帯域アンテナの主な用途は、レーダーの給電用であったため、高出力、広帯域、高い利得、低いサイドローブ（sidelobe）を有する放射パターン特性を有するように工夫されていた。そのため個人用移動通信端末のインパルスアンテナに関する研究は、それ程盛んではなかった。

以下、従来の広帯域アンテナについて説明する。
図１は、特許文献１に開示された超広帯域特性を有するアンテナを示す。この種のアンテナでは、所望の全周波数帯域の放射特性を確保し、ソースから入力された電磁界エネルギーを損失なく伝送するために広帯域の整合特性を備えるインピーダンス・テーパ（impedance taper）が求められる。また、広帯域整合のための整合回路部分にスロット形式のインピーダンス・テーパを使用するため、使用周波数帯域によってはアンテナの大きさが大きくなるという不具合がある。

図２は、特許文献２に開示されたスタブを用いた単一層広帯域アンテナを示す。この種のアンテナでは、一般のパッチ・アンテナの短所を克服するために放射パッチにオープンまたはショート形態のスタブを取り付け、所望する帯域のインピーダンス整合特性と広帯域特性を得ている。しかし、ＵＷＢ帯域が収容できるほどの広帯域特性が持てなく、パッチ・アンテナの特性上、単一パッチ・アンテナにてすべての周波数における放射特性の多様な特性が実現し難い。また、これを小型の移動型通信装置に実装する場合、アンテナの指向性により円滑な通信が不可能であり、二つ以上のアンテナを必要とする。

図３は、特許文献３に開示された、マイクロストリップラインに一つ以上のオープンスタブからなる整合回路を備え、広帯域特性を得るプリント・ダイポールアンテナを示す。この種のアンテナでは、信号線に整合回路が存在するため、基板一体型アンテナの設計時、整合回路により必要以上の面積を占めるようになる。また、５ＧＨｚ未満の比較的低い周波数領域で３：１以上の帯域幅を持つ広帯域整合回路の実現には不都合である。また、開示されたアンテナでは、二重の積層構造を使用するため、単一平面を使用するアンテナに比べて工程コストがアップする。

図４は、特許文献４に開示されたアンテナを示す。開示されたアンテナでは、平面状の導体板に大きな卵状の楕円形スロットを形成し、それより小さいサイズの楕円形導体を挿入した形態である。提案されたアンテナの大きさは、放射スロットを含んで２．７２×１．８３ｃｍの大きさであって、本特許で提案している構造に比べて８倍以上の大きさを有するという短所を有する。

図５は、特許文献５に開示された「Planer ultra wide band antenna with integrate electronics」アンテナを示す。このアンテナの特性は、給電に差動信号を使用し、二対からなる放射素子の間に抵抗を介挿して低周波の電圧定在波比（ＶＳＷＲ）特性を向上した。提示されたアンテナは、所望する周波数帯域で電気的にパルス通信を満たす技術的要素をもっているものの、小型化し難いことから実用性に制約が伴う。また、低い周波数帯域の電圧定在波比を向上するために抵抗を使用するため、製品の持続的な信頼性を保持し難い。
米国特許第ＵＳ５，４２８，３６４号明細書 韓国特許第２００２−０７３６６０号明細書 特開平５−００３７２６号公報 国際公開第０２／１３３１３号パンフレット 米国特許第６,３５１,２４６号明細書

従って、本発明は、前記のような従来の技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、小型で且つ基板一体型であって、個人および軍用移動通信端末に搭載する時に、超高速インパルス無線通信用に適する極小型超広帯域マイクロストリップアンテナを提供することである。

本発明の他の目的は、主放射素子およびこれに接続している副放射素子を用いてマイクロストリップアンテナの狭帯域特性と多重の高調波特性を改善することにより広帯域特性を有する極小型超広帯域マイクロストリップアンテナを提供することである。

本発明のまた他の目的は、主放射素子およびこれに接続している副放射素子のノッチ構造により使用したい周波数帯域の広帯域整合が容易な極小型超広帯域マイクロストリップアンテナを提供することである。

本発明の更なる目的は、入射境界面において電気インパルスが完全に透過可能とすることでアンテナと空中波との広帯域インピーダンス整合が実現可能な極小型超広帯域マイクロストリップアンテナを提供することである。

前記目的を達成するための本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナは、単一層からなる誘電体基板と、前記単一層からなる誘電体基板の上面に配設され、外部ソースからの電磁エネルギーを供給する給電線と、前記給電線から入力された電磁エネルギーを放射するための主放射素子と、前記主放射素子に隣接した位置から多重放射を実現する少なくとも一つの副放射素子と、前記主放射素子と前記少なくとも一つの副放射素子とを電気的に接続するための少なくとも一つの接続部と、を備え、
前記主放射素子の前記給電線側は、エッチングで形成された、所定の大きさを有する少なくとも一つのスロットを含み、前記主放射素子の下段部はテーパー形状を有し、前記主放射素子の面積は前記副放射素子のそれぞれの面積より大きく、
前記主放射素子に接続された前記副放射素子の前記接続部の長手方向の位置、前記主放射素子と前記副放射素子との間の前記接続部の間隔、前記副放射素子の長さ、及び前記接続部にそれぞれ接続される前記主放射素子と前記副放射素子との間の角度の中から選択されるいずれか一つ以上を調整することを特徴とする。

ここで、主放射素子の上段は矩形であり、副放射素子は、主放射素子を基準にして左右対称をなし、副放射素子の上段は任意の形状でよいが大きさの縮小のために矩形であることが好ましい。ここで、副放射素子の長辺の長さは主放射素子の長辺の長さと同一であるか、これより短いことが好ましい。

給電線は、エッチングにより所定の大きさを有する少なくとも一つのスロットを形成することが好ましい。主放射素子の一方の下段と接続部との角度が約９０°であり、接続部と副放射素子の一方の下段との角度が約９０°であることが好ましい。θ₁が所定の角度である場合、主放射素子の一方の下段と接続部との角度が約９０°をなし、接続部と副放射素子の一方の下段との角度が（９０＋θ₁）°をなしていることが好ましい。θ₂が所定の角度である場合、主放射素子の一方の下段と接続部とが（９０＋θ₂）°をなし、接続部と副放射素子の一方の下段との角度が９０°をなしていることが好ましい。θ₃とθ₄が所定の角度である場合、主放射素子の一方の下段と接続部との角度が（９０＋θ₃）°をなし、接続部と副放射素子の一方の下段との角度が（９０＋θ₄）°をなしていることが好ましい。

主放射素子と副放射素子とは、同一平面上に位置してよい。また、主放射素子と副放射素子とは、互いに別の平面上に位置してよい。主放射素子と副放射素子とは、電磁カップリングを用いて間接接続され、この場合、副放射素子と主放射素子とは所定の距離隔てられて位置することが好ましい。

誘電体基板の材質は、比誘電率が約４．４のＦＲ−４エポキシであることが好ましい。主放射素子の長辺の長さは、略１１．５ｍｍであることが好ましい。給電線の長辺の長さは、略５５ｍｍであることが好ましい。主放射素子の短辺の長さ、接続部の長さ、および副放射素子の短辺の長さの和が６．２７２ｍｍであることが好ましい。接続部は、主放射素子および副放射素子の上段、中段、および下段部分のいずれかに形成されることが好ましい。誘電体基板の上面に給電線を基準にして左右対称に所定の距離隔てられて位置する複数のグランド板をさらに含むことが好ましい。誘電体基板の下面に位置する所定の大きさのグランド板をさらに含むことが好ましい。誘電体基板の下面に所定の大きさのグランド板をさらに含むことが好ましい。

また、本発明のアンテナは、略３．０ＧＨｚ〜１２ＧＨｚの範囲の周波数帯域で挿入損失Ｓ１１が約１０ｄＢ未満であることが好ましい。略３．０ＧＨｚ〜１２ＧＨｚの範囲の周波数帯域で電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が約２．０未満であることが好ましい。中心周波数５ＧＨｚ程度で電流が主に誘起される領域は、主放射素子の下段部分であることが好ましい。中心周波数１０ＧＨｚ程度で電流が主に誘起される領域は、主放射素子および副放射素子の所定の部分であることが好ましい。中心周波数１０ＧＨｚ程度で電流が主に誘起される領域は、主放射素子と複数の接続部および複数の副放射素子の所定の部分であることが好ましい。アンテナの広帯域特性を向上するために、所定の位置に形成される複数の付加放射素子をさらに含むことが好ましい。

略３．０ＧＨｚ〜１８ＧＨｚの範囲の周波数帯域で電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が２．０未満であることが好ましい。主放射素子と副放射素子および付加放射素子とをそれぞれ電気的に接続するための多数の接続部をさらに含んでよい。主放射素子と付加放射素子とを電気的に接続するための少なくとも一つの接続部をさらに含んでよい。副放射素子と付加放射素子とを電気的に接続するための少なくとも一つの接続部をさらに含んでよい。付加放射素子は、主放射素子および副放射素子のいずれかと同一平面上に位置してよい。付加放射素子は、主放射素子および副放射素子と同一平面上に位置してよい。アンテナの広帯域特性を向上するために、所定の位置に形成される付加放射素子をさらに含んでよい。副放射素子と付加放射素子とは、電磁カップリングを用いて間接接続され、この場合、副放射素子と付加放射素子とは所定の距離隔てられて位置することが好ましい。副放射素子と付加放射素子とを電気的に接続するための少なくとも一つの接続部をさらに含んでよい。付加放射素子は、主放射素子および副放射素子のいずれかと同一平面上に位置することが好ましい。付加放射素子は、主放射素子および副放射素子と同一平面上に位置することが好ましい。

前記のように構成した本発明によれば、基板一体型で極小型、超軽量化の実現が可能であり、またＰＣＢ技術を用いるため、製造作業が便利で且つ製作コストが低いという長所がある。
また、本発明によれば、主放射素子の他に付随的な放射素子を形成することにより、ＵＷＢ帯域で多重放射が実現可能であるという長所がある。
更に、本発明によれば、放射素子のノッチ部分の構造を変形することにより周波数帯域の調節が容易であり、多重帯域および帯域阻止の特性が調節可能であるという長所がある。
更にまた、本発明によれば、放射周波数の変化によりアンテナの電流分布領域の変化を誘起し、これを通じて放射領域を変化させることにより広帯域の放射特性が実現可能であるという長所がある。
また、本発明によれば、インパルスの送受信時、周波数毎の遅延時間が既存のアンテナに比べて小さく、パルス形状の歪みが起こらないことから、インパルスを用いた超高速無線通信用アンテナに適するという長所がある。

以下、例示された添付図面を参照して、本発明について詳細に説明する。図６は、ＣＰＷ（Coplanar waveguide）給電方式において、本発明に係るマイクロストリップアンテナを示す斜視図である。図７は、ＧＣＰＷ（Grounded coplanar waveguide）給電方式において、本発明に係るマイクロストリップアンテナの斜視図である。図８は、マイクロストリップ給電方式において、本発明に係るマイクロストリップアンテナの斜視図である。

図６〜図８を参照すると、本発明の超広帯域マイクロストリップアンテナ１００は、誘電体基板１０と、給電線２０と、主放射素子３０と、複数の接続部３５ａ、３５ｂと、複数の副放射素子４０ａ、４０ｂ、およびグランド板ＧＮＤ１〜ＧＮＤ６とから主に構成されている。以下、便宜上、図６〜図８において共通する構成要素の誘電体基板１０、給電線２０、主放射素子３０、複数の接続部３５ａ、３５ｂ、複数の副放射素子４０ａ、４０ｂに対して同一の図面符号を付する。
また、給電線２０、主放射素子３０、複数の接続部３５ａ、３５ｂ、複数の副放射素子４０ａ、４０ｂは、導電性導体であり、防食のために導体板上に錫メッキを施すことが好ましい。

図６を参照すると、ＣＰＷ給電方式における主放射素子３０、複数の接続部３５ａ、３５ｂ、複数の副放射素子４０ａ、４０ｂ、給電線２０、第一および第二のグランド板ＧＮＤ１、ＧＮＤ２は、誘電体基板１０の上面の同一平面上に導体コーティングを施すことで容易に作製することができる。この際、コーティング方法としては、ＰＣＢ（Printed Circuit Board）加工技術が用いられる。誘電体基板１０は、約４．４の比誘電率をもつＦＲ−４エポキシ基板を使用することが好ましい。

図７を参照すると、ＧＣＰＷ給電方式では、ＣＰＷ給電方式とは異なって基底面に第五のグランド板ＧＮＤ５が位置し、第五のグランド板ＧＮＤ５の上部に誘電体基板１０が積層される。ＣＰＷ給電方式と同様に、誘電体基板１０の上面の同一平面上に主放射素子３０、複数の接続部３５ａ、３５ｂ、複数の副放射素子４０ａ、４０ｂ、第三および第四のグランド板ＧＮＤ３、ＧＮＤ４、給電線２０が導体コートされて形成される。

図８を参照すると、マイクロストリップ給電方式では、基底面に第六のグランド板ＧＮＤ６が位置し、第六のグランド板ＧＮＤ６の上部に誘電体基板１０が積層されてる。ＣＰＷやＧＣＰＷ給電方式とは異なって、誘電体基板１０の上面にはグランド板が形成されず、主放射素子３０と複数の接続部３５ａ、３５ｂ、複数の副放射素子４０ａ、４０ｂ、および給電線２０が導体コートされて形成される。

図６〜図８に示すように、主放射素子３０と複数の副放射素子４０ａ、４０ｂとを電気的に接続するために複数の接続部３５ａ、３５ｂが存在する。しかし、電磁カップリングを用いた間接接続の際、主放射素子３０と複数の副放射素子４０ａ、４０ｂとは、それぞれ離間して位置するため、この場合、接続部３５ａ、３５ｂは設けなくてもよい。

また、図６〜図８に示すように、主放射素子３０と複数の副放射素子４０ａ、４０ｂは、同一平面上に位置するが、必ずしもこれに限定されることではない。即ち、主放射素子３０と複数の副放射素子４０ａ、４０ｂは、別の平面上に位置してもよい。この場合、主放射素子３０と複数の副放射素子４０ａ、４０ｂとは間接的に接続されるか、またはビアホール（図示せず）を介して直接接続されればよい。

本発明の好適な実施の形態によれば、図６〜図８に示すように、給電線２０の最上段側をエッチングし、所定の大きさを有する少なくとも一つのスロット（図示せず）を形成することができる。スロットの形状は、特に限定せず、種々な形態に形成してよい。このように、給電線をエッチングしてスロットを形成した構造は、インピーダンス整合のための整合回路の機能を果たす。給電線は、同軸ケーブルへの給電が可能であり、同軸ケーブルの中心導体（図示せず）がアンテナ１００の主放射素子３０の下段に直接接続され、外部導体（図示せず）は、グランド板ＧＮＤ１〜ＧＮＤ６に直接接続される。一般のアンテナの場合、アンテナの給電部にオープンスタブ（open stube）を使用し、特定帯域の周波数に対してインピーダンス整合を行う。本発明の好適な実施の形態によれば、給電線の最上段部分をエッチングしてスロットを形成することにより、オープンスタブ等の付加的な構造物が不要となる。

図９は、本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナの構成部分である放射素子の平面図である。図９を参照すれば、放射素子５０は、主放射素子３０と複数の副放射素子４０ａ、４０ｂを含む。主放射素子３０と複数の副放射素子４０ａ、４０ｂの上段とは、矩形形状を有する。図９では、主放射素子３０と複数の副放射素子４０ａ、４０ｂの下段を矩形にして示しているが、その他にテーパー形状、逆三角形状等の多様な形態にしてもよい。
前記主放射素子３０と複数の副放射素子４０ａ、４０ｂは、それぞれ接続部３５ａ、３５ｂを介して電気的に接続されている。接続部３５ａ、３５ｂは、主放射素子３０および副放射素子３５ａ、３５ｂの上段、中段および下段部分のいずれかに形成すればよい。電磁カップリングを用いた間接接続の際、主放射素子３０と複数の副放射素子４０ａ、４０ｂとは、それぞれ離間して位置するため、この場合接続部３５ａ、３５ｂは設けなくてもよい。

主放射素子３０と複数の副放射素子４０ａ、４０ｂは、一つの導体板をエッチングしてなる溝構造であり、このような構造をノッチ構造という。本発明に適用されたノッチ構造を説明するために主放射素子３０の右下段と右側の接続部３５ｂ、およびこれに接続された右側の副放射素子４０ｂの左下段を例に挙げて説明する。図９に示すように、本発明のノッチ構造は、特に制限されないが、多様な形態を有することが好ましい。即ち、（Ｉ）は、辺ＡＢと辺ＢＣおよび辺ＣＤがそれぞれ直角の基本構造であり、（ＩＩ）は、辺ＡＢと辺ＢＣが直角で、辺ＢＣと辺ＣＤが（９０＋θ₁）の角度を形成する。（ＩＩＩ）は、辺ＢＣと辺ＣＤが直角で、辺ＢＣと辺ＡＢが（９０＋θ₂）の角度を形成する。（ＩＶ）は、辺ＡＢと辺ＢＣが（９０＋θ₃）、辺ＢＣと辺ＣＤが（９０＋θ₄）の角度をそれぞれ形成する。ここで、θ₁、θ₂、θ₃、θ₄は、任意の角度である。ここで、辺ＡＢの長さ、即ち、Ｈ１の間隔によってアンテナの入力から見たインピーダンスが決定される。辺ＡＢの長さ、即ち、Ｈ１の間隔が長くなれば、アンテナの帯域特性が狭くなり、低周波放射特性が劣化する。Ｈ２の間隔が長くなれば、高周波数の放射特性が漸次向上するが、所定の長さを超えれば劣化特性を示す。また、辺ＢＣの長さも主放射素子の線幅ａを超えれば劣化特性を示す。

図１０は、図９の他の実施の形態を示す図である。図１０を参照すれば、主放射素子３０と複数の副放射素子４０ａ、４０ｂとは、それぞれ離間して形成されてもよい。この場合、電磁カップリングを用いて主放射素子３０と複数の副放射素子４０ａ、４０ｂとが間接接続される。同図において、主放射素子３０は、ｘ軸上に位置し、複数の副放射素子４０ａ、４０ｂは、ｘｚ平面を基準にしてそれぞれ左右対称で形成される。本実施の形態において、副放射素子４０ａ、４０ｂを、ｘｚ平面を基準にして左右に二つ配設したが、その数を増やしもよい。また、誘電体基板１０の上面に付加放射素子４５ａ、４５ｂを形成してもよい。同図において、付加放射素子４５ａ、４５ｂは、主放射素子３０や他の副放射素子４０ａ、４０ｂと離間して間接接続されるが、他の複数の接続部（図示せず）と介して主放射素子３０または複数の副放射素子４０ａ、４０ｂと直接接続してもよい。また、主放射素子、複数の副放射素子および複数の付加放射素子のすべてを接続部を介して直接接続してもよい。同図においては、追加の副放射素子４５ａ、４５ｂを「Ｔを左９０°回転した形状」および「Ｔを右９０°回転した形状」状に形成しているが、この他にも、矩形、十字形（＋）、「Ｔ」字形等の多様な形態にすることもできる。

図１１は、図６の平面図である。図１１を参照すると、主放射素子３０の上段は矩形であり、主放射素子３０の下側の短辺部分は、給電線２０の上側の短辺部分と直接接続されている。図１１は、主放射素子３０の下側の短辺の長さａが給電線２０の上側の短辺の長さｃより長い実施の形態を示す。給電線２０の長辺の長さＬは、約５５ｍｍであることが好ましい。本発明の好適な実施の形態において主放射素子３０の下側の短辺の長さａは、給電線２０の上側の短辺の長さｃと同一であるか、それより長い。即ち、ａ≧ｃである。主放射素子３０の下段は、矩形にして示しているが、テーパー形、逆三角形等の種々の形態にしてもよい。副放射素子４０ａ、４０ｂの上段は、任意の形態を有ることができるが、アンテナ１００の大きさの縮小のために矩形であることが好ましい。図１１では、副放射素子４０ａ、４０ｂの下段部分も矩形にして示しているが、下段部分をテーパー形、逆三角形等の種々の形態にしてもよい。副放射素子４０ａ、４０ｂが主放射素子３０と直接接続される場合、接続部３５ａ、３５ｂより低い部分の副放射素子４０ａ、４０ｂの幅は、漸進的に狭くなるテーパー形を有すればよい。副放射素子４０ａ、４０ｂの長辺の長さは、主放射素子３０の長辺の長さｄより短いか、主放射素子３０の長辺の長さｄと同一である。主放射素子３０の長辺の長さは、約１１．５ｍｍであることが好ましい。
また、主放射素子３０の短辺の長さａ、複数の接続部の長さｂおよび複数の副放射素子の短辺ｅの長さの和である本発明のアンテナの幅Ｗ１は、Ｗ１＝ａ＋２ｂ＋２ｅで求められ、略６．２７２ｍｍであることが好ましい。
グランド板ＧＮＤは、広い平板導体からなる。使用される給電構造によってグランド板ＧＮＤの形態が変わる。即ち、マイクロストリップ給電の場合、グランド板ＧＮＤ６は、誘電体基板の下面に導体板をコートして形成する。

ＣＰＷ給電の場合、第一および第二のグランド板ＧＮＤ１、ＧＮＤ２は、誘電体の上面において給電線の両側に離間して位置する。ＧＣＰＷ給電の場合、第五のグランド板ＧＮＤ５が誘電体基板の下面に形成され、第三および第四のグランド板ＧＮＤ３、ＧＮＤ４は、ＣＰＷ給電方式と同様に誘電体の上面において給電線の両側に離間して位置する。グランド板ＧＮＤ１〜ＧＮＤ６の幅Ｗ２は、約３５ｍｍであることが好ましいが、グランド板ＧＮＤ１〜ＧＮＤ６の大きさは、本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ１００の応用によってその形態が変わり得る。

このような構成を有する本発明の動作原理について説明する。マイクロストリップまたはＣＰＷ、ＧＣＰＷ構造等のすべての平面型給電により伝わってきたエネルギーは、ＴＥＭまたはＱｕａｓｉＴＥＭモードで伝送され、放射素子５０へエネルギーを伝送する。このとき、放射素子５０に伝わってきたエネルギーは、放射素子５０の上面における電流の流動で表される。
図１２は、本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナの電流分布図であって、大きさが１で位相が０°であるときに電力が印加された状態を示す図である。
図１２ａは、中心周波数５ＧＨｚ程度での電流分布図である。図１２ａを参照すると、電流が主に誘起される領域は、主放射素子３０の下段部分である。図１２ｂは、中心周波数１０ＧＨｚでの電流分布図である。図１２ｂを参照すると、図１２ａとは異なって、電流が誘起される領域が接続部３５ａ、３５ｂを介して副放射素子４０ａ、４０ｂの所定の領域まで広がる。かかる電流の流れと直交して電磁界フィールドが形成され、この球状電磁波がアンテナを離れて放射される。
図１３は、本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナの放射パターンを球座標系上に立体的に表した図である。図１３ａは、中心周波数５ＧＨｚ程度で計算した放射パターンであって球状に放射される。図１３ｂは、中心周波数１０ＧＨｚ程度で計算した放射パターンであって横方向に広がった楕円状に放射される。
図１４は、本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナの挿入損失Ｓ１１を示すグラフである。図１４を参照すれば、略３．０ＧＨｚ〜１２ＧＨｚの範囲の周波数帯域で挿入損失Ｓ１１が約１０ｄＢ未満であるので、本発明に係るアンテナは、ＵＷＢ帯域を満たす。
図１５は、図１４の挿入損失Ｓ１１をスミスチャートで示した図である。図１５を参照すると、正規化した入力損失を印加した時の放射される周波数の軌跡と各周波数毎の大きさと位相が分かる。
図１６は、本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を示すグラフである。図１６に示すように、略３．０ＧＨｚ〜１２ＧＨｚの範囲の周波数帯域で電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が２．０未満であるので、本発明に係るアンテナは、ＵＷＢ帯域を満たす。

一方、本発明の好適な実施の形態によって複数の付加放射素子を追加して本発明のアンテナを実現する場合、略３．０ＧＨｚ〜１８ＧＨｚの範囲の周波数帯域で電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を２．０未満に下げることができるため、より優れた広帯域特性の実現が可能である。
上記の過程を通じて所望の帯域内の反射が起こらないように最適化すれば、超小型の平面基板一体型アンテナを実現することができる。

特許文献１に開示された超広帯域特性を有するアンテナを示す図である。 特許文献２に開示されたスタブを用いた単一層広帯域アンテナを示す図である。 特許文献３に開示された、マイクロストリップラインに一つ以上のオープンスタブからなる整合回路を備え、広帯域特性を得るプリント・ダイポールアンテナを示す図である。 特許文献４に開示されたアンテナを示す図である。 特許文献５に開示された、Planer ultra wide band antenna with integrate electronicsアンテナを示す図である。 ＣＰＷ（Coplanar waveguide）給電方式において、本発明に係るマイクロストリップアンテナを示す斜視図である。 ＧＣＰＷ（Grounded coplanar waveguide）給電方式において、本発明に係るマイクロストリップアンテナの斜視図である。 マイクロストリップ給電方式において、本発明に係るマイクロストリップアンテナを示す斜視図である。 本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナの構成部分である放射素子の平面図である。 図９の他の実施の形態を示す図である。 図６の平面図である。 本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナの電流分布図であって、大きさが１で位相が０°である時に電力が印加された状態を示す図である。 本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナの電流分布図であって、大きさが１で位相が０°である時に電力が印加された状態を示す図である。 本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナの放射パターンを球座標系上に立体的に表した図である。 本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナの放射パターンを球座標系上に立体的に表した図である。 本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナの挿入損失Ｓ１１を示すグラフである。 図１４の挿入損失Ｓ１１をスミスチャートで示した図である。 本発明に係る極小型超広帯域マイクロストリップアンテナの電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を示すグラフである。

符号の説明

１０ 誘電体基板
２０ 給電線
３０ 主放射素子
３５ａ，３５ｂ 接続部
３８ａ，３８ｂ 第二の接続部
４０ａ，４０ｂ 副放射素子
４５ 付加放射素子
５０ 放射素子
１００ マイクロストリップアンテナ
ＧＮＤ１，ＧＮＤ２，ＧＮＤ３，ＧＮＤ４，ＧＮＤ５，ＧＮＤ６ グランド板

Claims (36)

1. 単一層からなる誘電体基板と、
   前記単一層からなる誘電体基板の上面に配設され、外部ソースからの電磁エネルギーを供給する給電線と、
   前記給電線から入力された前記電磁エネルギーを放射するための主放射素子と、
   前記主放射素子に隣接した位置から多重放射を実現する少なくとも一つの副放射素子と、
   前記主放射素子と前記少なくとも一つの副放射素子とを電気的に接続するための少なくとも一つの接続部と、を備え、
   前記主放射素子の前記給電線側は、エッチングで形成された、所定の大きさを有する少なくとも一つのスロットを含み、
   前記主放射素子の下段部はテーパー形状を有し、
   前記主放射素子の面積は前記副放射素子のそれぞれの面積より大きく、
   前記主放射素子に接続された前記副放射素子の前記接続部の長手方向の位置、前記主放射素子と前記副放射素子との間の前記接続部の間隔、前記副放射素子の長さ、及び前記接続部にそれぞれ接続される前記主放射素子と前記副放射素子との間の角度の中から選択されるいずれか一つ以上を調整することを特徴とする極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
2. 前記主放射素子の上段は矩形であり、前記副放射素子は前記主放射素子を基準にして左右対称をなし、前記副放射素子の上段は大きさを縮小させるために矩形であることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
3. 前記副放射素子の長辺の長さは、前記主放射素子の長辺の長さと同一であるか、これより短いことを特徴とする請求項２に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
4. θ1が所定の角度である場合、前記主放射素子の一方の下段と前記接続部との角度が約９０°であり、前記接続部と前記副放射素子の一方の下段との角度が（９０＋θ1）°であることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
5. θ2が所定の角度である場合、前記主放射素子の一方の下段と前記接続部との角度が（９０＋θ2）°であり、前記接続部と前記副放射素子の一方の下段との角度が約９０°であることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
6. θ3とθ4が所定の角度である場合、前記主放射素子の一方の下段と前記接続部との角度
   が（９０＋θ3）°であり、前記接続部と前記副放射素子の一方の下段との角度が（９０＋θ4）°であることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
7. 前記主放射素子と前記副放射素子とは、同一平面上に位置することを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
8. 前記主放射素子と前記副放射素子とは、別の平面上に位置することを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
9. 前記主放射素子と前記副放射素子とは、電磁カップリングで間接的に接続され、かつ前記副放射素子と前記主放射素子とは所定の距離隔てて配置されたことを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
10. 前記誘電体基板の材質は、比誘電率が約４．４のＦＲ−４エポキシであることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
11. 前記主放射素子の長辺の長さは、略１１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
12. 前記給電線の長辺の長さは、略５５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
13. 主放射素子の短辺の長さ、接続部の長さ、および副放射素子の短辺の長さの和が略６．２７２ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
14. 前記接続部は、主放射素子および副放射素子の上段、中段、および下段部分のいずれかに形成されることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
15. 前記誘電体基板の上面に前記給電線を基準にして左右対称に所定の距離隔てられて位置する複数のグランド板をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
16. 前記誘電体基板の下面に位置する所定の大きさのグランド板をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
17. 前記誘電体基板の下面に所定の大きさのグランド板をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
18. 略３．０ＧＨｚ〜１２ＧＨｚの範囲の周波数帯域で挿入損失Ｓ１１が約１０ｄＢ未満であることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
19. 略３．０ＧＨｚ〜１２ＧＨｚの範囲の周波数帯域で電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が約２．０未満であることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
20. 中心周波数５ＧＨｚ程度で電流が主に誘起される領域は、主放射素子の下段部分であることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
21. 中心周波数１０ＧＨｚ程度で電流が主に誘起される領域は、主放射素子および副放射素子の所定の部分であることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
22. 中心周波数１０ＧＨｚ程度で電流が主に誘起される領域は、主放射素子と接続部および副放射素子の所定の部分であることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
23. 前記アンテナの広帯域特性を向上するために所定の位置に形成される少なくとも一つの付加放射素子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
24. 略３．０ＧＨｚ〜１８ＧＨｚの範囲の周波数帯域で電圧定在波比（ＶＳＷＲ）が約２．０未満であることを特徴とする請求項２３に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
25. 前記主放射素子と前記副放射素子および前記付加放射素子とをそれぞれ電気的に接続するための複数の接続部をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
26. 前記主放射素子と前記付加放射素子とを電気的に接続するための少なくとも一つの接続部をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
27. 前記副放射素子と前記付加放射素子とを電気的に接続するための少なくとも一つの接続部をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
28. 前記付加放射素子は、前記主放射素子および前記副放射素子のいずれかと同一平面上に位置することを特徴とする請求項２３に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
29. 前記付加放射素子は、前記主放射素子および前記副放射素子と同一平面上に位置することを特徴とする請求項２３に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
30. 前記副放射素子と前記付加放射素子とは、電磁カップリングで間接的に接続され、かつ前記副放射素子と前記付加放射素子とは所定の距離隔てて配置されることを特徴とする請求項２３に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
31. 前記主放射素子と前記副放射素子とは、電磁カップリングを介して相互に接続されることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
32. 前記給電線は同軸ケーブルに接続され、前記同軸ケーブルの中心導体は前記主放射素子の下段に接続され、外部導体はグランド板に接続されることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
33. 前記主放射素子、前記接続部、および前記副放射素子は、導体であることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
34. 前記主放射素子、前記接続部、前記副放射素子は、メッキを施してあることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
35. 前記主放射素子と前記副放射素子は、それぞれビアホールに接続されたことを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。
36. 前記アンテナを製造するに際してＰＣＢ工程が適用されることを特徴とする請求項１に記載の極小型超広帯域マイクロストリップアンテナ。