JPH05129823A - マイクロストリツプアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低コストで、所望のアンテナ利得を得ると共
に、安定に機能させる。 【構成】 誘電体層１３を介して放射導体１２と対向す
る、接地導体１１の端縁を導電性キャビティ１６の一端
部に連接すると共に、このキャビティ内に放射導体を包
蔵する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、キャビティ型のマイ
クロストリップアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、マイクロストリップアンテナは、
構成が簡単で形状が小さく、低プロファイルであること
から、例えば１．６ＧＨｚ帯の移動体無線通信系など
に、広く用いられている。

【０００３】まず、図１２及び図１３を参照しながら、
従来のマイクロストリップアンテナについて説明する。
図１２及び図１３において、１０はマイクロストリップ
アンテナであって、いずれも円形の接地導体１１と放射
導体１２とが、ガラス繊維強化ふっ素樹脂のような低損
失の誘電体層１３を介して、同軸に積層配設される。放
射導体１２の中心１２ｃから適宜オフセットされて、給
電点１２ｆが設けられ、同軸給電線１４を介して、給電
点１２ｆに信号源１（または受信機）が接続される。こ
の場合、給電線１４の外部導体は接地導体１１に接続さ
れる。

【０００４】１．６ＧＨｚ帯での使用の場合、接地導体
１１，放射導体１２の直径と、誘電体層１３の厚さ及び
誘電率は、例えば、次のように設定される。 ｄ11 ＝ ６０．０ ｍｍ； ｄ12 ＝ ５０．２ ｍｍ ｔ13 ＝ １．６ ｍｍ； ε ＝ ４．７

【０００５】周知のように、ＴＭ01モード以外では、放
射導体１２の中点のインピーダンスが基本的に０Ωであ
るから、例えばスルーホール（ないしアースピン）１５
を介して、放射導体１２の中央部１２ｃを接地導体１１
に接続して動作の安定が図られる。そして、図１２，図
１３のマイクロストリップアンテナ１０は直線偏波を放
射し、その放射パターンは、主軸方向に単一ビームとな
る。

【０００６】また、円偏波を放射する広帯域のマイクロ
ストリップアンテナ２０では、図１４及び図１５に示す
ように、放射導体２２の中心から等しくオフセットされ
て、励振モードＴＭmn0 に対応する所定の角間隔で、２
ヶ所に給電点ｆａ，ｆｂが設けられると共に、アンテナ
のＱを小さくして広帯域とするために、誘電体として空
気層(23)が用いられ、この空気層(23)を介して、放射導
体２２と接地導体２１とが同軸に対向配設される。放射
導体２２と接地導体２１は、例えば、それぞれ黄銅，ア
ルミニウムで形成され、各中心において、所定長の導伝
性スペーサ２５と、ビス２６，ナット２７とにより、電
気的・機械的に接続される。

【０００７】両給電点ｆａ，ｆｂは、それぞれ同軸給電
線１４ａ，１４ｂを介して、分配回路（ハイブリッド回
路）２の端子２ａ，２ｂに接続されて、９０゜の位相差
で、信号源１からのＲＦ電力が供給され、矢印Ａ，Ｂ方
向に励振されて、例えば、左旋性の円偏波が放射され
る。なお、ＴＭ110 モードの場合、給電点ｆａ，ｆｂの
角間隔は９０゜となる。

【０００８】１．６ＧＨｚ帯での使用の場合、接地導体
２１，放射導体２２の直径及び厚さと、両者の間隔は、
例えば、次のように設定される。 ｄ21 ＝１３０ ｍｍ； ｔ21 ＝ ０．５ ｍｍ ｄ22 ＝ ９５ ｍｍ； ｔ22 ＝ ２．０ ｍｍ ｔ23 ＝ １２．０ ｍｍ

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前出図１
２，１３に示すような、従来の直線偏波用のマイクロス
トリップアンテナ１０では、その放射効率が誘電体層１
３の厚さｔ13に依存している。例えば、前出の数値例に
示すように、ｔ13＝１．６ｍｍでは、ボアサイト方向
（主軸方向）のアンテナ利得が、Ｇｒ＝０．２ｄＢｉ
であるのに対して、ｔ13＝０．８ｍｍの場合には、Ｇｒ
＝−３．３ｄＢｉ に低下してしまう。従って、所望の
利得を得るためには、使用する誘電体層を厚くすること
が必要であり、ガラス繊維強化ふっ素樹脂のような、低
損失ではあるが、高価な誘電体層を厚くすることは、直
ちに材料コストの上昇を招くという問題があった。

【００１０】また、従来の直線偏波用のマイクロストリ
ップアンテナは、一般にＱが高いので、近接物体や人体
の影響により、その特性が著しく変化する。前出図１
２，１３に示すようなマイクロストリップアンテナ１０
では、近接物体の影響がない場合、例えば、図１６に実
線で示すような入力インピーダンス特性を呈するが、手
指で、接地導体１１を直径方向に持った場合には、同図
に破線で示すような特性に変わってしまい、アンテナと
しての機能が著しく劣化するという問題があった。

【００１１】また、図１４，１５に示すような、従来の
円偏波用のマイクロストリップアンテナ２０では、誘電
体として空気層(23)が用いられるために、空気層の厚
さ、即ち、放射導体２２と接地導体２１との間隔ｔ23が
大きく設定してあり、高次モードの発生により、給電点
間の結合が、中心周波数ｆ０と、定在波比が２となる周
波数ｆ１，ｆ２で、例えば、それぞれ次のように大きく
なり、吸収抵抗３に流入する電力が増えて、アンテナ利
得が低下する。 ｆ０ −１０．０ｄＢ；ｆ１ −１６．４ｄＢ；ｆ２ −７．８ｄＢ

【００１２】更に、上述のような給電点間の結合によ
り、例えば図１７に示すような、円偏波軸比の劣化が生
じ、広帯域にわたり、円偏波アンテナとして動作しなく
なるという問題があった。

【００１３】かかる点に鑑み、この発明の目的は、低コ
ストで、所望の利得が得られると共に、安定に機能する
マイクロストリップアンテナを提供するところにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明は、平板状の接
地導体１１と放射導体１２とを誘電体層１３を介して対
向配設したマイクロストリップアンテナにおいて、導電
性の筒体１６の一端部に接地導体の端縁を連接すると共
に、筒体の他端を放射導体側に配したマイクロストリッ
プアンテナである。

【００１５】

【作用】かかる構成によれば、低コストで、所望の利得
が得られると共に、アンテナとしての機能が安定する。

【００１６】

【実施例】以下、図１〜図７を参照しながら、この発明
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。

【００１７】この発明の一実施例の構成を図１〜図３に
示す。この図１〜図３において、前出図１２，１３に対
応する部分には同一の符号を付して重複説明を省略す
る。

【００１８】図１〜図３において、１６は上面が開放さ
れた円筒形のキャビティであって、例えば、アルミニウ
ムで形成される。この実施例では、前出図１２，１３に
示した従来のマイクロストリップアンテナ１０が、キャ
ビティ１６の内部に収納され、キャビティ１６の内底面
１６ｉｂが接地導体１１と電気的・機械的に連接され
て、キャビティ型のマイクロストリップアンテナ１０Ｃ
が構成される。そして、この実施例では、キャビティ１
６の背面１６ｂに同軸接栓座１７が取り付けられ、この
接栓座１７を介して、放射導体１２の給電点１２ｆと信
号源１（または受信機）が接続される。その余の構成は
前出図１２，１３と同様である。

【００１９】１．６ＧＨｚ帯で、前述のようなマイクロ
ストリップアンテナ１０を収納して使用する場合、キャ
ビティ１６の内徑，高さ及び厚さは、例えば、次のよう
に設定される。 Ｄｉ16 ＝ ６１ ｍｍ； ｈ16 ＝ １０ ｍｍ ｔ16 ＝ ２ ｍｍ

【００２０】次に、図４〜図７をも参照しながら、この
発明の一実施例の特性について説明する。

【００２１】この実施例では、誘電体層１３の厚さが
ｔ13＝０．８ｍｍの場合に、図４に実線で示すように、
ボアサイト方向で Ｇｒ＝−１．２ｄＢｉとなり、同図
に破線で示した従来例のＧｒ＝−３．３ｄＢｉに比べ
て、２．１ｄＢの利得上昇が達成される。また、誘電体
層１３の厚さが ｔ13＝１．６ｍｍの場合に、図５に実
線で示すように、ボアサイト方向で Ｇｒ＝＋１．２ｄ
Ｂｉ となり、同図に破線で示した従来例のＧｒ＝０．
２ｄＢｉに比べて、１ｄＢの利得上昇が達成される。

【００２２】従って、この実施例では、従来と同一のア
ンテナ利得を実現するためには、従来よりも、誘電体層
を薄くすることができて、材料コストを低減することが
できる。

【００２３】また、この実施例では、近接物体の影響が
ない場合、例えば、図６に実線で示すような入力インピ
ーダンス特性を呈すると共に、図７に示すように、キャ
ビティ１６を、手指で直径方向に持った場合にも、図６
Ｂに破線で示すように、定在波比が最小となる周波数が
僅かにずれるにとどまる。

【００２４】そして、定在波比最小の周波数での入力イ
ンピーダンスは、近接物体の影響がない場合と、手持ち
の場合とで、例えば、それぞれ次のようになって、実質
的に一致しており、アンテナとしての機能が安定してい
る。 Ｚfr＝５４．３１４−ｊ２．０７２２Ω Ｚhh＝５４．４０４−ｊ１．６６９８Ω

【００２５】次に、図８〜図１１を参照しながら、この
発明の他の実施例について説明する。

【００２６】この発明の他の実施例の構成を図８及び図
９に示す。この両図において、前出図１４，１５に対応
する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。
図８及び図９において、２８は円筒形のキャビティであ
って、例えば、アルミニウムで形成され、上面が開放さ
れると共に、底部２８ｂにも開孔２８ｃが設けられる。
この実施例では、前出図１４，１５に示した従来のマイ
クロストリップアンテナ２０が、キャビティ２８の内部
に収納され、キャビティ２８の内底面２８ｉｂが接地導
体２１と電気的・機械的に連接されて、キャビティ型の
マイクロストリップアンテナ２０Ｃが構成される。その
余の構成は前出図１４，１５と同様である。

【００２７】１．６ＧＨｚ帯で、前述のようなマイクロ
ストリップアンテナ２０を収納して使用する場合、キャ
ビティ２８の内徑，高さ及び厚さは、例えば、次のよう
に設定される。 Ｄｉ28 ＝ １３９ ｍｍ； ｈ28 ＝ ３１ ｍｍ ｔ28 ＝ ４ ｍｍ

【００２８】次に、図１０及び図１１をも参照しなが
ら、この発明の他の実施例の特性について説明する。

【００２９】この実施例では、両給電点ｆａ，ｆｂ間の
結合度が、中心周波数ｆ０と、定在波比が２となる周波
数ｆ１，ｆ２で、例えば、それぞれ次のように低減され
て、定在波比が２以内の周波数範囲では、図１０に実線
で示すように、同図に破線で示した従来例に比べて、４
〜７ｄＢ程度低減される。 ｆ０ −１４．８ｄＢ；ｆ１ −２４．０ｄＢ；ｆ２ −１１．８ｄＢ

【００３０】これにより、例えば図１１に示すように、
主軸方向の円偏波軸比が１．８ｄＢ程度に低減され、前
出図１７に示した従来例の４．２ｄＢに比べて、大幅に
改善されて、フェージングなどによる交差偏波の妨害が
改善される。また、両給電点間の結合度の減少に伴い、
吸収抵抗３に流入する電力が低減されて、アンテナ利得
の低下が抑制される。

【００３１】上述の各実施例では、簡単のために、いず
れも円盤状の接地導体と放射導体を用いたが、接地導体
と放射導体は楕円形，方形など適宜の形状とすることが
できる。そして、方形の場合は、複数個のアンテナを無
駄なく整列配置することができて、マイクロストリップ
アンテナのアレイ化に好適である。また、放射導体は円
形もしくは方形の環状とすることができる。また、上述
の各実施例では、簡単のために、いずれも放射導体への
直接給電を行なっているが、スロット給電としてもよ
い。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述のように、この発明によれば、
誘電体層を介して放射導体と対向する、接地導体の端縁
を導電性キャビティの一端部に連接すると共に、このキ
ャビティ内に放射導体を包蔵するようにしたので、低コ
ストで、所望の利得を有すると共に、機能が安定したマ
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】

【図１】 この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分解斜視図

【図２】 この発明の一実施例の構成を示す平面図

【図３】 この発明の一実施例の構成を示す断面図

【図４】 この発明の一実施例の放射特性を示す線図

【図５】 この発明の一実施例の放射特性を示す線図

【図６】 この発明の一実施例のインピーダンス特性を
示す線図

【図７】 この発明の一実施例の動作を説明するための
略線図

【図８】 この発明の他の実施例の構成を示す平面図

【図９】 この発明の他の実施例の構成を示す分解断面
図

【図１０】 この発明の他の実施例の特性を示す線図

【図１１】 この発明の他の実施例の放射特性を示す線
図

【図１２】 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

【図１３】 従来例の構成を示す断面図

【図１４】 従来例のインピーダンス特性を示す線図

【図１５】 他の従来例の構成を示す平面図

【図１６】 他の従来例の構成を示す断面図

【図１７】 他の従来例の放射特性を示す線図

【符号の説明】

１０Ｃ，２０Ｃ マイクロストリップアンテナ １１，２１ 接地導体 １２，２２ 放射導体 １３，２３ 誘電体層 １６，２８ 導電性筒体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状の接地導体と放射導体とを誘電体
   層を介して対向配設したマイクロストリップアンテナに
   おいて、 導電性の筒体の一端部に上記接地導体の端縁を連接する
   と共に、上記筒体の他端を上記放射導体側に配したこと
   を特徴とするマイクロストリップアンテナ。