JPH0294905A - マイクロストリップアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、放射素子が円形のマイクロストリ、ツブアン
テナに関する。

〔発明の概要〕

本発明は、マイクロストリップアンテナの円形放射素子
をＴ　Ｍ　ｏ　、モードで共振させることにより、垂直
面で主放射ビームが所要の仰角範囲をカバーすると共に
、水平面無指向性として、静止衛星を利用する無線シス
テムに好適としたものである。

〔従来の技術〕

従来のマイクロストリップアンテナは、例えば第８図及
び第９図に示すように、方形の接地導体（１）と円形の
放射素子（２）とが、ふっ素樹脂のような低損失の誘電
体基板（３）の両面に被着された構成であり、放射素子
（２）の中心から離れた位置に給電点く２ｆ）が設けら
れる。

Ｔ　Ｍ　ｔ　＋モードの場合、表面電流は第８図に破線
で示したように分布する。また、指向性は正面方向に最
大利得を有する単方向性となる。

このようなマイクロストリップアンテナは、構成が簡単
であり、低プロフィールである等の点で、静止衛星を利
用した移動無線システムないしは無線航行システム等に
好適である。

［発明が解決しようとする課題〕 ところで、静止衛星を利用した移動無線システム等にお
いて、移動局から見た静止衛星の仰角は、中緯度の地域
で、概ね２５″〜６５＠の範囲におさまる。

ところが、前述のようなマイクロストリップアンテナで
は、移動局側で使用する場合、アンテナの最大利得方向
と静止衛星の仰角とが一致せず、利得が低下するという
問題があった。

上述のような静止衛星の仰角に適応した指向性を得るた
めに、複数のマイクロストリップアンテナを適宜接続し
て位相差給電するアレー化が行なわれる。

しかしながら、このようなアレーアンテナは形状が大き
くなると共に、構造が複雑になるという問題があった。

かかる点に鑑み、本発明の目的は、所要仰角範囲の垂直
指向性を有すると共に水平面無指向性の単一のマイクロ
ストリップアンテナを提供するところにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、接地された導電平板（１）上に低損失の誘電
体層（３）を介して円形の放射素子（２）を配設し、こ
の放射素子をＴ　Ｍ　ｏ　＋モードで共振させるように
したマイクロストリップアンテナである。

〔作用〕

かかる構成によれば、垂直面で主放射ビームが所要の仰
角範囲をカバーすると共に、水平面で無指向性となる。

〔実施例〕

以下、第１図〜第７図を参照しながら、本発明によるマ
イクロストリップアンテナの一実施例について説明する
。

本発明の一実施例の構成を第１図及び第２図に呆す。こ
の両図において、前出第８図及び第９図に対応する部分
には同一の符号を付して、一部の説明を省略する。

第１図及び第２図において、いずれも円形の接地導体（
１）及び放射素子（２）の間に、放射素子（２）と同径
で、例えばふっ素樹脂のような低損失の誘電体基板（３
）が介挿される。接地導体（１）の直径ｄ１と放射素子
（２）の直径ｄ２とは、例えばｄ　１＝１６０ｍｍ　。

ｄｚ＝５３ｍｍに設定される。また、誘電体（３）の厚
さｔ３及び誘電率ε、は、例えばｔ　３＝１．６１１１
１１　。

ε−Ｅ２．６に選定される。

本実施例においては、両図に示すように、給電点（２ｆ
）は放射素子（２）の中心に設定され、給電点（２ｆ）
と同軸コネクタ（４）との間にインピーダンス整合器０
０）が介挿される。

この整合器００）は、それぞれ所定長の異径の内部導体
用）及びθのと、共通の外部導体０３）とが同軸に配設
されて構成される。

後述のように、本実施例のマイクロストリップアンテナ
のインピーダンスＺ０は、使用周波数の４．１８５ＧＨ
ｚにおいて、 Ｚ、、＝５２．２０７Ω−ｊ６８．２１５Ωであり、こ
れに対応して、内部導体（１１）及びθりの直径ｄｌｌ
及びｄ、□と、長さ２１１及びＬｚとは、例えば ｄ目−１，０ｍｍ　＋　ｄ、ｚ＝１．５ｍｍ！！、＋　
＋　＝　１２ｍｍ、　　　ｆ！１ｚ　＝　１８ｍｍに設
定される。また、外部導体面の内径ｄＩ３は、例えば、
ｄ　＋ｚ＝２．３ｍｍに設定される。

円形マイクロストリップアンテナの遠方電界は、放射素
子の中心を原点とする極座標系で、−ｉに次の（１）式
で表わされる。

ＸＢＰ　（ｋｏａｓｉｎθ）　ｃｏｓθ５ｉｎｎψＪこ
こに　Ｖ。＝ｔＥ、Ｊｎ　（ｋａ） ｋ０＝２π／λ、　　ｋ＝に４−４ この（１）式において、Ｊｎ（ｘ）はｎ次のベッセル関
数を表わし、ａは放射素子の半径、ｔは誘電体基板の厚
さ、λは波長である。また、Ｅｏは定数である。

（１）式のうち、θ及びψに関する項だけがアンテナの
放射指向性を表わすので、これをＤθ、Ｄψとすると、
次の（２）式が得られる。

のみの関数となる。換言すれば、放射電界は垂直偏波で
あり、水平面無指向性である。

またこのとき、放射素子の半径ａは、次の（４）弐で表
わされる。

円形マイクロストリップアンテナがＴ　Ｍｏ、モードで
共振している場合、（１）式、従って、（２）式におい
てｎ＝ｏとなる。この場合、 ＝　（２Ｊ７−＋　（ｘ）　）　＝。−２Ｊ　＋　（ｘ
）であるから、（２）式は次の（３）式のようになる。

即ち、Ｔ　Ｍ　ｏ　＋モードで共振している場合、円形
マイクロストリップアンテナの放射電界はθ成分のみと
なり、その大きさは、ψには無関係に、θここでαは、
誘電体の厚さｔによる補正項であって、実験的に求めら
れる。なお、誘電体の厚さは、アンテナの放射特性との
兼合いで定められる。

円形マイクロストリップアンテナの給電点から見たイン
ピーダンスは、放射素子の中心と給電点との距離をρと
すると、次の（５）式のように表わされる。

ＺｏＯＣＪｎ　（ｋ　ｐ）　　　　−・（５）ρ＝０で
は１次以上のベッセル関数の値がすべてＯとなり、０次
のベッセル関数ＪＯ（０）だけが有限の値をとる。即ち
、Ｔ　Ｍ　ｏ　＋モードの場合だけ、放射素子へのセン
タ給電が可能である。

また、この場合の表面電流は、第１図に破線で示すよう
に、中央の給電点から周縁へ放射状に分布する。このた
め、オフセット給電時のように、垂直指向性に偏りが生
じることはない。

本実施例において、接地導体（１）及び放射素子（２）
の直径、誘電体基板（３）の厚さ及び誘電率をそれぞれ ｄ　＋　＝１６０ｍｍ　　、　　　ｄ　ｚ＝５３ｍｍｔ
　ｓ＝１．６ｍｍ　　＋　　　ｅ　ｒ＝２．６とすると
、整合器０ωを用いた場合と、用いない場合とのＴＭ、
、モードのアンテナのインピーダンスは、使用周波数の
４．１８５Ｇ）ｌｚにおいて、それぞれＺｏｓ−４６，
９０６Ω＋ｊ　５．０２１５ΩＺ　Ｏａ　＝　５２．２
０７Ω−ｊ　６８．２１５Ωとなり、周波数が４．０〜
４．６ＧＨｚの範囲で第４図にそれぞれ曲線Ｌｓ及びＬ
ａで示すように変化する。

また、Ｚ　ｏｌ　＝３．８３１７１．　ｆ　＝４．１８
５ＧＨｚとして前出（４）式から放射素子の半径を求め
ると、χｏｒ　ｃ　／　２πｒ　（ｉ　ｒ＃　２７．１
ｍｍとなるが、実際には、放射素子（２）の半径がｄ２
／２＝２６．５ｍｍで使用周波数に共振しており、両者
の差が補正骨αである。

接地導体（１）の直径がｄ　＋　＝　１６０ｍｍの場合
、本実施例の垂直指向性は第５図に示すようになり、約
４５°の仰角で最大利得となる。また、ｄ　＋　＝　１
３０ｍｍの場合、ｄ　１＝２００ｍｍの場合には、それ
ぞれ第６図及び第７図に示すように、最大利得の仰角が
約５０°及び約４０°にそれぞれ変化する。

上述のように、本実施例の主放射ビームは、前述の中緯
度地域における静止衛星の仰角範囲をカバーすることが
できる。また、前出（３）式にも示すように、本実施例
は水平面無指向性であるから、静止衛星利用の無線シス
テム等の移動局に好適である。

更に、誘電体基板（３）の誘電率を大きくして、主放射
ビームを下方に向けることもできる。

なお、接地導体（１）は、誘電体基板（３）に対接する
部分と周囲の部分とに分離しておき、両者を電気的・機
械的に結合するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述のように、本発明によれば、放射素子をＴ　Ｍ
　ｏ　Ｉモードで共振させるようにしたので、垂直面で
主放射ビームが所要の仰角範囲をカバーすると共に、水
平面無指向性となって、静止衛星を利用する移動無線シ
ステム等に好適なマイクロストリップアンテナが得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明によるマイクロストリップア
ンテナの一実施例の構成を示す平面図及び断面図、第３
図は本発明の一実施例の要部の構成を示す断面図、第４
図は本発明の一実施例のインピーダンスを示す線図、第
５図〜第７図は本発明の一実施例の指向性を示す線図、
第８図及び第９図は従来のマイクロストリップアンテナ
の構成例を示す平面図及び断面図である。 （１）は接地導体、（２）は放射素子、（２ｆ）は給電
点、（３）は誘電体基板である。 １Ｃ７逢ｉイ？１の要１炉い 第３図 第１ 第２図 第４図 貧施付Ｉの指向Ｉ（生（ｄ＜−（ωｍ−愉 に 実カヤヒイｙ１のｓｈテ１φす＝　（ｄ＋−ｚｏｏ工）
第７図 ’１７ｉ１Ｊの指向性（ｄ＋　−１３０ｍｍ　）ト・・
誇共！導体 ２・−族１Ｎ尭十 ３・・・補電体１壌 ＩＸ 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 接地された導電平板上に低損失の誘電体層を介して円形
   の放射素子を配設し、 この放射素子をＴＭ＿０＿１モードで共振させるように
   したことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。