JPH05129825A - マイクロストリツプアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 高次モードの発生を低減したマイクロストリ
ップアンテナを得ることを目的としており、さらに、広
帯域に亙って高次モードの発生を低減したマイクロスト
リップアンテナを得ることを目的としている。 【構成】 放射導体３を高次モードの電流が流れる方向
の放射導体の長さを基本モードの電流が流れる方向の放
射導体の長さより短く形成し、上記高次モードに対する
共振周波数を上記基本モードに対する共振周波数からよ
り高めた。また、無給電素子を高次モードの電流が流れ
る無給電素子の長さを基本モードの電流が流れる方向の
無給電素子の長さより短く形成し、上記高次モードに対
する共振周波数を上記基本モードに対する共振周波数よ
り高めた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、マイクロストリップ
アンテナにおける高次モードの低減に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図６は、例えば、１９８９ ＩＥＥＥ
ＡＮＴＥＮＮＡ ＡＮＤＰＲＯＰＡＧＡＴＩＯＮ ＳＯ
ＣＩＥＴＹ Ｄｉｇｅｓｔ，ＰＰ．６４０〜６４３
“ＣＩＲＣＵＬＡＲ ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ ＯＰ
ＥＲＡＴＩＯＮ ＯＦ ＤＯＵＢＬＥ−ＳＬＯＴ ＦＥ
ＥＤ ＭＩＣＲＯＳＴＲＩＰ ＡＮＴＥＮＮＡ”の中に
示された従来のアンテナ装置を示す概略構成図である。
この従来例ではマイクロストリップアンテナの放射導体
として方形を用いている。図において、１は第一の誘導
体基板、２は第二の誘導体基板、３は略方形の放射導
体、４は第一の誘導体基板と第二の誘導体基板の間に設
けられた地導体、５は地導体４に設けられた第一の細
隙、６は地導体４に設けられた第二の細隙、７は第一の
ストリップ導体であり、８は第二のストリップ導体であ
り、放射導体３と地導体４でマイクロストリップアンテ
ナ９を構成し、地導体４と第一のストリップ導体７およ
び第二のストリップ導体８で、それぞれ第一および第二
のマイクロストリップ線路１０，１１を構成している。

【０００３】次に、動作について説明する。マイクロス
トリップアンテナ９は、放射導体３の長さに応じた特定
の周波数ｆ₀ において近似的にＴＭ₁₀モードの共振器と
して働く。第一のマイクロストリップ線路１０の入力端
１２から入射した電波は第一の細隙５を介して、マイク
ロストリップアンテナ９に電磁的に結合する。また、第
二のマイクロストリップ線路１３の入力端１２から入射
した電波は細隙６を介して、マイクロストリップアンテ
ナ９に電磁的に結合する。ここで第一と第二のマイクロ
ストリップ線路１０，１１の入射電波の振幅を等しく、
位相差を９０度とするように設定すると、給電された電
波はマイクロストリップアンテナ９で共振し円偏波を空
間に放射する。

【０００４】ここで発明の趣旨を分かり易くするため対
称な軸を持つ円形マイクロストリップアンテナと細隙を
用いた説明を行う。上記従来例では円偏波を励振するた
めに、二つの細隙を用いてマイクロストリップ線路から
マイクロストリップアンテナに電波を給電する場合につ
いて説明したが、より基本的な構成は対称軸からずれた
一つの細隙を用いてマイクロストリップアンテナを励振
する方法であるから、ここでは、まず、この対称軸から
ずれた一つの細隙を用いてマイクロストリップアンテナ
を励振する場合について説明する。このように、対称軸
からずれてアンテナを励振する場合は、給電回路の配置
の制約等からしばしば起こる。図７は対称な軸Ａ−Ａ、
Ｂ−Ｂを持つマイクロストリップアンテナ１４と第一の
細隙５を示す図である。第一の細隙５は対称軸Ａ−Ａを
含むが、対称軸Ｂ−Ｂは含まずＢ−Ｂに対しては非対称
な位置にある。

【０００５】今、第一の細隙５を第一のマイクロストリ
ップ線路１０で励振した場合を考えると、対称軸Ｂ−Ｂ
に対し非対称にアンテナ放射導体３の面内にマイクロ波
電波が励振されるため図８（ａ）に示すようにＢ−Ｂに
対し非対称に励振されたマイクロ波電流が流れる。この
非対称に励振された電流は、図８（ｂ）のように対称な
電流のモードに分解して考えることができる。すなわ
ち、第一の細隙５から励振すると、対称軸に対して対称
な成分を持つ基本モード成分を放射し、非対称な成分は
高次モードを放射する。この高次モードは図８（ｃ）に
示すようにＴＭ２１モードである。このモードは基本波
に比べ約１．７倍高い周波数で共振するモードである
が、マイクロストリップアンテナ１４は放射効率を高め
るためにＱを低く設計しているため、相当量のレベルが
励振されうる。このモードは放射導体３に垂直な方向に
は放射が少なく、放射導体３に垂直な方向から概略４５
度の方向に電波を強く放射する。そのため、このアンテ
ナを用いてアレーアンテナを構成すると、上記高次モー
ドのためにボアサイトだけでなくボアサイトから４５度
の方向にも電波が放射され、サイドローブの高いボアサ
イト方向の利得の低いアンテナになる。

【０００６】図９は対称な軸Ａ−Ａ、Ｂ−Ｂを持つマイ
クロストリップアンテナ１４と第一および第二の細隙
５，６の関係を示す図で、基本的には図６の構成と同じ
機能を有するものである。第一の細隙５は対称軸Ａ−Ａ
を含み対称軸Ａ−Ａに対しては対称であるが、対称軸Ｂ
−Ｂについては非対称な位置にある。第二の細隙６につ
いてはその逆である。今、第一の細隙５を第一のマイク
ロストリップ線路１０で励振した場合については上述し
たとおりであり、同じことが第二の細隙６を第二のマイ
クロストリップ線路１１で励振した場合についても言え
る。

【０００７】したがって、この非対称に励振された電流
は、図１０（ａ）、（ｂ）のように対称な電流のモード
に分解して考えることができる。第一および第二の細隙
５，６から位相差９０度で励振すると、それぞれの対称
軸に対して対称な基本モード成分は円偏波を、非対称な
成分は高次モードを放射する。この高次モードは図１０
（ｃ）に示すようにＴＭ２１モードであり、放射導体３
に垂直な方向には放射が少なく、放射導体３に垂直な方
向から概略４５度の方向に電波を強く放射し、このモー
ドは円偏波を放射しない。そのためこのアンテナを用い
てアレーアンテナを構成すると、上述したのと同様にサ
イドローブの高いボアサイト方向の利得の低いアンテナ
になるとともに、円偏波特性の悪いアンテナとなる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来のアンテナ装置は
以上のように構成されているので、高次モード特に円形
マイクロストリップアンテナの場合はＴＭ２１モードが
励振される。そのため、例えばこのアンテナを用いてア
レーアンテナを構成すると、上記高次モードのためにボ
アサイトだけでなくボアサイトから概略４５度の方向に
も電波が放射され、サイドローブの高いボアサイト方向
の利得の低いアンテナになる。さらに、二つの細隙を介
して位相差９０度で円偏波を励振すると、高次モードの
ためにボアサイト方向の利得の低いアンテナになるだけ
でなく円偏波特性の悪いアンテナとなるという問題点が
あった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、高次モードの発生を低減したマ
イクロストリップアンテナを得ることを目的としてお
り、さらに、広帯域に亙って高次モードの発生を低減し
たマイクロストリップアンテナを得ることを目的として
いる。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１のマイクロスト
リップアンテナでは、放射導体と、給電手段とを備え、
給電手段により励振され、基本モードと高次モードの電
波を放射するマイクロストリップアンテナにおいて、上
記放射導体を上記高次モードの電流が流れる方向の放射
導体の長さを上記基本モードの電流が流れる方向の放射
導体の長さより短く形成し、上記高次モードに対する共
振周波数を上記基本モードに対する共振周波数から遠ざ
けるものである。

【００１１】請求項２のマイクロストリップアンテナで
は、放射導体と、放射導体に対向させて設けられた無給
電素子と、給電手段とを備え、給電手段により励振さ
れ、誘導された無給電素子から基本モードと高次モード
の電波を放射するマイクロストリップアンテナにおい
て、上記無給電素子を上記高次モードの電流が流れる方
向の無給電素子の長さを上記基本モードの電流が流れる
方向の無給電素子の長さより短く形成し、上記高次モー
ドに対する共振周波数を上記基本モードに対する共振周
波数から遠ざけるものである。

【００１２】

【作用】請求項１の発明においては、放射導体を高次モ
ードの電流が流れる方向の放射導体の長さを基本モード
の電流が流れる方向の放射導体の長さより短く形成した
ので、高次モードの共振周波数を放射導体の長さを短く
する以前の高次モードの共振周波数より高くでき、高次
モードの共振周波数を基本モードの共振周波数からより
離すことができるので、基本モードの共振周波数で励振
した時の高次モードの発生を低減できる。

【００１３】請求項２の発明においては、無給電素子を
備え、無給電素子を高次モードの電流が流れる方向の無
給電素子の長さを基本モードの電流が流れる方向の無給
電素子の長さより短くしたので、高次モードの共振周波
数を無給電素子の長さを短くする以前の高次モードの共
振周波数より高くでき、高次モードの共振周波数を基本
モードの共振周波数からより離すことができるので、広
帯域に亙って基本モードの共振周波数で励振した時の高
次モードの発生を低減できる。

【００１４】

【実施例】実施例１．図１はこの発明の一実施例を示す
概略構成図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は
その上面図である。図中、１〜１４は図６、図９に示す
従来例と同様のものであり、１５は高次モードの電流が
流れる放射導体３の長さを短く形成するための切り欠き
部である。この実施例では、第一の細隙５をとる円形の
放射導体３の対称軸Ａ−Ａと円形の放射導体３の中心を
通り対称軸Ａ−Ａと直交する対称軸をＢ−Ｂとすると
き、この二つの対称軸に対し、それぞれ４５度の方向で
円形の放射導体３の端部と交わる部分を切り欠いた切り
欠き部１５を有する構造である。

【００１５】次の動作について説明する。このマイクロ
ストリップアンテナにおいては、第一の細隙５の結合孔
には結合孔の長手方向に直角に電界が誘起され、これに
より電界の方向に放射導体板に電流が励振される。した
がって、同軸線路のピンで一点給電された場合と異な
り、この結合孔による電磁結合給電では電流が方向性を
持って励振される。このように励振された電流は、当
然、結合孔のところで強く励振され電流分布に非対称を
生ずる。これを対称成分と非対称成分に分けると、図８
（ｂ）のように分解でき、対称成分は切り欠き部１５の
影響をあまり受けず、非対称成分は電流が分布する長さ
が短縮されるように影響を受ける。

【００１６】したがって切り欠き部１５を施すことによ
り基本モードの共振周波数は変化せず、図８（ｃ）に示
した高次モードであるＴＭ２１モードの共振周波数を高
くすることができる。共振周波数では共振モードは強く
励振され放射も多くなるが、共振周波数からはなれるに
したがって励振される量は少なくなり、放射も少なくな
る。

【００１７】このように、図１に示したマイクロストリ
ップアンテナは、中心からずれた位置で励振した場合で
も、高次モードの発生が少なく、パターンに凹凸の無い
単方向放射特性を得ることができる。

【００１８】実施例２．図２はこの発明の他の実施例を
示す上面図であり、実施例１の放射導体３の形状の実施
態様を示す上面図である。ここでは、放射導体３の形状
は中心からずれた位置から励振するための第一の細隙５
を含む対称軸を持ち、その対称軸と直交する対称軸があ
る形状の場合を示している。なお、放射導体３の形状は
これらに限らず、高次モードの電流が流れる方向の放射
導体３の長さを基本モードの電流が流れる方向の放射導
体３の長さより短く形成し、高次モードに対する共振周
波数を基本モードに対する共振周波数からより高める形
状であればよい。動作については上記実施励１と同様で
あり省略する。

【００１９】実施例３．図３はこの発明のさらに他の実
施例を示す概略構成図であり、図３（ａ）は斜視図、図
３（ｂ）は上面図である。この実施例は第一の細隙５を
励振する第一のマイクロストリップ線路１０と第二の細
隙６を励振する第二のマイクロストリップ線路１１の位
相差を９０度とし、円偏波を発生させるマイクロストリ
ップアンテナの例である。この場合は、図９，図１０の
従来例において説明したように、放射導体３の中心から
ずれた位置に配置された第一の細隙５を通る対称軸Ａ−
Ａと、同じく放射導体３の中心からずれた位置に配置さ
れた第二の細隙６を通る対称軸Ｂ−Ｂに対し４５度の角
度の方向の放射導体３にもＴＭ２１モードの電流は流れ
るから、この方向の長さを短縮することによりＴＭ２１
モードの共振周波数を高めることができる。これに対
し、基本モードの電流が流れる方向の放射導体面の長さ
は変化しないから基本モードの共振周波数は変化しな
い。したがって、高次モードであるＴＭ２１モードの発
生の少ない基本モード励振が可能になる。

【００２０】実施例４．図４はさらに他の実施例を示す
構成図であり、図４（ａ）は斜視図、図４（ｂ）は上面
図である。この実施例は励振する細隙が複数の場合を示
しており、さらに第三、第四の細隙１６，１７を加えた
場合を示す。それぞれの細隙は放射導体の中心から偏位
しているが細隙を４個対称に設けてあり、バランスをと
った励振をしようとする構成である。ここで、第一およ
び第三の細隙５，１６は分岐した第一のマイクロストリ
ップ線路１０で励振され、第二および第四の細隙６，１
７は分岐した第二のマイクロストリップ線路１１で励振
される。また、第一と第二のマイクロストリップ線路１
０，１１間の励振位相差を９０度にしておけば円偏波が
発生する。しかしながらこの場合にも、線路のブリッジ
部１８があり、４つの細隙の励振バランスをくずすた
め、やはり高次モードが発生する。したがって、上記実
施励３と同様、切り欠き部１５を放射導体３に設けるこ
とにより高次モードの発生量を抑圧することが必要にな
る。

【００２１】実施例５．図５はさらに他の実施例を示す
概略構成図であり、図５（ａ）は斜視図、図５（ｂ）は
上面図である。図中、１９は放射導体３の上方に配置さ
れた無給電素子である。無給電素子１９は第三の誘電体
基板２０に被着した金属箔で構成できる。この第三の誘
電体基板２０は発泡材料でも良い。なお、ここでは励振
する細隙が１個の場合を例示して説明するが、この発明
は細隙の数によらないのは上述のとおりである。無給電
素子１９は従来、広帯域な放射特性を得るための手段と
して用いられているが、この発明では、無給電素子１９
の形状を励振する細隙の位置関係で決まる特定の形状と
することにより、高次モードを抑圧する効果を得るもの
である。この特定の形状とは、高次モードの電流が流れ
る方向の無給電素子の長さを基本モードの電流が流れる
方向の無給電素子の長さより短く形成し、高次モードに
対する共振周波数をより高めるようにしたものである。
また、放射導体３の形状は切り欠き部１５を設けた場合
は、上記無給電素子１９と相俟って高次モードを抑圧す
る効果はよりいっそう高くなる。

【００２２】放射導体３を励振する第一の細隙５を通る
対称軸Ａ−Ａと、第二の細隙６を通る対称軸Ｂ−Ｂに対
し４５度の角度の方向の放射導体面にもＴＭ２１モード
の電流は流れる。しかし、この放射導体３に電磁的に結
合し、実質的に放射を起こす無給電素子１９は第一の細
隙５を通る対称軸Ａ−Ａと、第二の細隙６を通る対称軸
Ｂ−Ｂに対し４５度の角度の方向の端部に切り欠き部２
０を設けているため、ＴＭ２１モードの電流を流そうと
する方向の長さが短縮されているため、ＴＭ２１モード
の共振周波数は高くなる。これに対し、基本モードの電
流が流れる方向の放射導体面の長さは変化しないから基
本モードの共振周波数は変化しない。したがって、高次
モードであるＴＭ２１モードの発生の少ない基本モード
を無給電素子１９に励振することが可能になる。

【００２３】ここで、以上の実施例では結合孔として細
隙の場合を示したが、この発明はこれに限らず結合孔の
形状としては円、楕円や任意形状の開口でも所定の結合
量が得られさえすれば有効である。マイクロストリップ
線路のようなストリップ導体を有する線路で励振する場
合、ストリップ導体を流れる電流により結合孔に生じる
電界の向きは決まり放射導体に流れる電流の向きは結合
孔の形状に存在しないからである。なお、この発明は、
放射導体が円形に限らず、方形の場合も同様に適用でき
ることは言うまでもない。

【００２４】また、細隙からなる結合孔を励振する給電
回路用線路としてマイクロストリップ線路を用いた場合
について説明したが、トリプレート形ストリップ線路で
も有効であることは言うまでもない。

【００２５】さらに、今まで説明した実施例では四箇所
の切り欠き部を同じ形状として図面に載せているが、Ｔ
Ｍ２１モードの励振も非対称であるため、さらに高次の
モードを考えなければならない場合は、これら切り欠き
部の形状は異なることもある。

【００２６】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、高次モードの
発生を低減できる効果がある。また、請求項２の発明に
よれば、広帯域に亙って高次モードの発生を低減できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す概略構成図である。

【図２】この発明の実施例２を示す概略構成図である。

【図３】この発明の実施例３を示す概略構成図である。

【図４】この発明の実施例４を示す概略構成図である。

【図５】この発明の実施例５を示す概略構成図である。

【図６】従来のマイクロストリップアンテナを示す概略
構成図である。

【図７】従来のマイクロストリップアンテナの動作説明
するための説明図である。

【図８】従来のマイクロストリップアンテナの動作説明
するための説明図である。

【図９】従来の円偏波発生用マイクロストリップアンテ
ナを示す概略構成図である。

【図１０】従来の円偏波発生用マイクロストリップアン
テナの動作説明するための説明図である。

【符号の説明】

１ 第一の誘電体基板 ２ 第二の誘電体基板 ３ 放射導体 ４ 地導体 ５ 第一の細隙 ６ 第二の細隙 ７ 第一のストリップ導体 ８ 第二のストリップ導体 ９ マイクロストリップアンテナ １０ 第一のマイクロストリップ線路 １１ 第二のマイクロストリップ線路 １２ 第一のマイクロストリップ線路の入力端 １３ 第二のマイクロストリップ線路の入力端 １４ 円形マイクロストリップアンテナ １５ 切り欠き部 １６ 第三の細隙 １７ 第四の細隙 １８ 線路のブリッジ部 １９ 無給電素子 ２０ 第三の誘電体基板 ２１ 無給電素子の切り欠き部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 放射導体と、給電手段とを備え、給電手
   段により励振され、基本モードと高次モードの電波を放
   射するマイクロストリップアンテナにおいて、上記放射
   導体を上記高次モードの電流が流れる方向の放射導体の
   長さを上記基本モードの電流が流れる方向の放射導体の
   長さより短く形成し、上記高次モードに対する共振周波
   数を上記基本モードに対する共振周波数から遠ざけるこ
   とを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
2. 【請求項２】 放射導体と、放射導体に対向させて設け
   られた無給電素子と、給電手段とを備え、給電手段によ
   り励振され、誘導された無給電素子から基本モードと高
   次モードの電波を放射するマイクロストリップアンテナ
   において、上記無給電素子を上記高次モードの電流が流
   れる方向の無給電素子の長さを上記基本モードの電流が
   流れる方向の無給電素子の長さより短く形成し、上記高
   次モードに対する共振周波数を上記基本モードに対する
   共振周波数から遠ざけることを特徴とするマイクロスト
   リップアンテナ。