JPH0537229A - マイクロストリツプアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】輻射導体の形状を比較的簡素にして、マイクロ
ストリップアンテナの形状を小さくすることができるよ
うにする。また、従来のマイクロストリップアンテナよ
りもさらに小型にできるようにする。 【構成】輻射導体５０の中央部に欠損部Ｈを設け、その
欠損部Ｈの面積を輻射導体５０の面積の１／９以下に設
定する。また、輻射導体５０の周縁部に少なくとも４つ
の切欠部を設けるとともに、輻射導体の中央部に欠損部
を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、衛星放送等のマイクロ
波の受信用アンテナとして使用するマイクロストリップ
アンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のマイクロストリップアンテナとし
ては、図３に示すものが知られ、この従来例において、
アース導体１０の上に誘電体２０が設けられ、この誘電
体２０の上に銅箔等で形成された正方形の輻射導体３０
が設けられている。そして、通常、誘電体を挟むように
この誘電体の両面に銅箔が設けられた基板を使用し、そ
の一方の面の銅箔をアース導体１０として使用し、他方
の面の銅箔を所定形状にエッチングして輻射導体３０と
して使用している。

【０００３】輻射導体３０の重心３０ｃから輻射導体３
０の角部３０ａに向かって、重心３０ｃと角部３０ａと
の間の長さのほぼ１／３だけ離れた位置に給電点３１が
設定され、この給電点３１にコネクタ１０ｃが接続され
る。

【０００４】また、輻射導体３０は、計算上は、その周
囲長の１／２と同じ波長の信号に共振する。したがっ
て、たとえば、１．５ＧＨｚの信号を方形の輻射導体３
０で受信しようとすると、輻射導体３０の一辺の長さ
は、計算上、約１０センチメートルになる。この場合、
誘電体２０として、誘電体２０の誘電率εがほぼ１であ
る空気または発泡スチロールを使用し、輻射導体３０と
アース導体１０との間にスペーサ等を設ける。

【０００５】一方、輻射導体３０が受信信号と共振する
場合における輻射導体３０の一辺の長さは、誘電率εの
平方根に反比例するので、上記の場合、誘電体２０とし
てたとえば誘電率ε＝２．６の基板を使用したとする
と、その輻射導体３０の一辺の長さは、計算上、約６セ
ンチメートルになり、誘電体２０として空気または発泡
スチロールを使用した場合よりも輻射導体３０の一辺の
長さが短くなり、マイクロストリップアンテナ全体の形
状を小さくすることができる。

【０００６】実際には、末端効果（輻射導体３０の端部
に電気力線が集中することによって実効長が長くなる効
果）によって、輻射導体３０の周囲長の１／２よりもや
や短い波長の信号に共振するので、上記は約６センチメ
ートルの長さは、約５．５センチメートルになるが、誘
電体２０として空気または発泡スチロールを使用した場
合よりも、低損失誘電基板を使用した場合の方が輻射導
体３０の一辺の長さが短くなる点は同じである。

【０００７】ところが、誘電率ε＝２．６等のような低
損失誘電基板は高価であるという欠点がある。この欠点
を解消するには、低損失誘電基板の代わりに誘電率εが
１に近い安価な基板を使用し、図４に示すように、輻射
導体４０の周縁部に切欠部４２を複数、設けることが考
えられる。このようにすれば、切欠部４２によって電気
的周囲長が延長され、したがってマイクロストリップア
ンテナの一辺の長さを短くすることができる。

【０００８】図４（２）に示すように、切欠部４２の深
さＤが０ミリメートルの場合（つまり切欠部４２が存在
しない場合）は、実用周波数低減率は０％であるが、切
欠部４２の深さＤが１０ミリメートルの場合には、実用
周波数低減率は約８％になる。ここで「実用周波数低減
率」は、マイクロストリップアンテナに切欠部４２が存
在しない場合の中心周波数に対して、切欠部４２を設け
ることによって変化した中心周波数の比率であって、所
要周波数帯域を確保できる範囲で切欠部４２を設けた場
合の比率である。上記所要周波数帯域は、アンテナの使
用目的によって異なるが、一般にはＳＷＲ（定在波比）
が２以下である帯域である。衛星放送を受信するアンテ
ナではこの帯域を２％確保したいが、この場合における
実用周波数低減率は、切欠部を有しない輻射導体を具備
するマイクロストリップアンテナのリターンロス特性に
おいてその中心周波数をＦとし、切欠部を有する輻射導
体を具備するマイクロストリップアンテナの定在波特性
において、ＳＷＲが２以下である周波数帯域がその中心
周波数の２％である中心周波数をＦ１とすると、（Ｆ−
Ｆ１）×１００／Ｆである。

【０００９】なお、リターンロス特性において、１０ｄ
ＢがＳＷＲ＝２とほぼ等しい。また、実用周波数低減率
が大きい程、マイクロストリップアンテナの形状を小さ
くすることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記図４に示
す例においては、輻射導体４０の形状が比較的複雑であ
り、その製造が煩雑であるという問題がある。

【００１１】また、上記例においては、切欠部４２の深
さＤを深くする程、実用周波数低減率が大きくなるが、
これには限界があり、輻射導体４０の一辺の長さを７０
ミリメートル程度にして受信した場合、その実用周波数
低減率は８％程度が限界であり、それ以上は実用周波数
低減率を大きくすることができない（マイクロストリッ
プアンテナの形状を小さくすることができない）という
問題がある。

【００１２】一方、マイクロストリップアンテナの小型
化の趨勢からすれば、より小さいマイクロストリップア
ンテナの出現が望まれているが、現状では、この要請に
応じられないという問題がある。

【００１３】本発明は、輻射導体の形状を比較的簡素に
して、マイクロストリップアンテナの形状を小さくする
ことができるマイクロストリップアンテナを提供するこ
とを目的とする。

【００１４】また、本発明は、従来のマイクロストリッ
プアンテナよりもさらに小型のマイクロストリップアン
テナを提供することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、輻射導体の中
央部に欠損部が設けられたマイクロストリップアンテナ
であって、その欠損部の面積を輻射導体の面積の１／９
以下に設定したものである。

【００１６】また、本発明は、輻射導体の周縁部に設け
られた少なくとも４つの切欠部と、輻射導体の中央部に
設けられた欠損部とを有するものである。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の説明図であり、
同図（１）はその斜視図であり、同図（２）は上記実施
例におけるリターンロス特性を示す図である。

【００１８】この実施例は、アース導体１０の上に誘電
体２０が設けられ、この誘電体２０の上に銅箔等で形成
された正方形の輻射導体５０が設けられている。また、
輻射導体５０の中央部に、欠損部Ｈが設けられている。
この欠損部Ｈは、その一辺の長さがＬである方形であ
る。そして、誘電体を挟むようにこの誘電体の両面に銅
箔が設けられた基板を使用し、その一方の面の銅箔をア
ース導体１０として使用し、他方の面の銅箔を、図１
（１）に示すようにエッチングして輻射導体５０として
使用している。

【００１９】重心５０ｃから角部５０ａに向かって、重
心５０ｃと角部５０ａとの間の長さのほぼ１／３だけ、
離れた位置に給電点５１が設定され、この給電点５１に
コネクタ１０ｃが接続される。なお、アース導体１０と
誘電体２０との形状は、それぞれ、一辺の長さが１１０
ミリメートルの方形であり、輻射導体６０の形状は、一
辺の長さが８０ミリメートル×８５ミリメートルの長方
形である。ここで、輻射導体６０を長方形にしているの
は、円偏波受信を行うためであり、直線偏波を行う場合
には輻射導体６０の形状を正方形にしてもよい。

【００２０】次に、上記実施例の動作について説明す
る。

【００２１】上記実施例において、欠損部Ｈの一辺Ｌが
０ミリメートルの場合、つまり、欠損部Ｈが設けられて
いない場合のリターンロス特性は、図１（２）に示すと
うりであり、その中心周波数は１６００ＭＨｚである。

【００２２】そして、欠損部Ｈの一辺Ｌを４ミリメート
ルに設定した場合のリターンロス特性において、その中
心周波数は１５５０ＭＨｚであり、このときのリターン
ロス１０ｄＢにおける帯域幅は３５．５ＭＨｚである。
リターンロス１０ｄＢはＳＷＲがほぼ２に相当するの
で、ＳＷＲが２以上の周波数帯域は中心周波数に対して
２．３％であり、これは２％以上であるので実用可能で
ある。

【００２３】このように輻射導体５０の中央部に欠損部
Ｈを設けるとマイクロストリップアンテナの形状を小さ
くできるのは、欠損部Ｈを設けることによって、実効平
均電流経路が輻射導体５０の中心からその周縁部に偏移
させられ、これによって実効平均電流経路が長くなるた
めであると考えられる。

【００２４】一方、欠損部Ｈの一辺Ｌを８ミリメートル
に設定すると、この場合のリターンロス特性における中
心周波数は１４９０ＭＨｚであり、このときの１０ｄＢ
における帯域幅は３０ＭＨｚであり、これは中心周波数
１４９０ＭＨｚの約２％であり、ＳＷＲが２以上の周波
数帯域が中心周波数に対して２％以上なければ実用にな
らないので、欠損部Ｈの一辺Ｌを８ミリメートルに設定
することは、実用可能な状態の限界である。なお、上記
実施例において、（１６００ＭＨｚ−１４９０ＭＨｚ）
×１００／１６００ＭＨｚ＝８であるので、実用周波数
低減率は６．９％になる。

【００２５】つまり、上記実施例においては、同一外径
の輻射導体を使用した場合、中心周波数を１６００ＭＨ
ｚから１４９０ＭＨｚに低下させることができる。換言
すれば、使用周波数が１４９０ＭＨｚであるマイクロス
トリップアンテナとして、図１（１）に示すものを使用
することができ、図３に示すタイプのマイクロストリッ
プアンテナよりもマイクロストリップアンテナを小型に
することができる。しかも、上記実施例における輻射導
体５０は、その中央部に欠損部Ｈを１つ設けるだけでよ
いので、図４に示す従来のマイクロストリップアンテナ
よりもその形状が簡素であり、その設計が容易であると
いう利点がある。もちろん、この場合、誘電体２０の誘
電率εを大きくすれば、誘電率εの平方根に反比例し
て、マイクロストリップアンテナの形状を小型にするこ
とができる。

【００２６】上記実施例においては、欠損部Ｈの一辺の
長さＬを４ミリメートル、８ミリメートルに設定してあ
るが、実用可能な範囲内で、上記以外の長さを一辺の長
さＬとして採用してもよい。ただし、欠損部Ｈの面積が
輻射導体５０の面積の１／９以下であること（輻射導体
５０、欠損部Ｈが方形であれば、欠損部Ｈの一辺の長さ
Ｌが輻射導体５０の一辺の長さの１／３以下であるこ
と。輻射導体５０、欠損部Ｈが円形であれば、欠損部Ｈ
の半径の長さが輻射導体５０の半径の長さの１／３以下
であること。）が望ましく、それ以上であると、欠損部
の中に給電点５１を設けることとなり、給電点５１の設
置が困難となることがある（もっとも、この場合には、
輻射導体５０の導電部分から給電点５１まで、突起状ま
たはブリッジ状に導電部分を設ければよい。）。また、
欠損部Ｈの面積が輻射導体５０の面積の１／９以上より
もさらに大きいと、必要な帯域幅を充分に取ることがで
きず、場合によっては、必要な帯域幅を全く取ることが
できない。

【００２７】なお、アンテナ一般から見れば、リング状
のアンテナが存在するが、このリング状アンテナは、リ
ングの内周の半径がリングの外周の半径の８０〜９０％
を占めており、欠損部（円状の中央空間部）の面積が、
リングの外周を円周とする円の面積の６／１０以上もあ
る。このように欠損部の面積が大き過ぎると、必要な帯
域幅を充分に取ることができないどころか、必要な帯域
幅を全く取ることができない。

【００２８】図２は、本発明の他の実施例の説明図であ
り、同図（１）はその斜視図であり、同図（２）は上記
実施例におけるリターンロス特性を示す図である。

【００２９】この実施例は、図１に示す実施例に、図４
に示す例の切欠部を設けたものである。すなわち、アー
ス導体１０の上に誘電体２０が設けられ、この誘電体２
０の上に銅箔等で形成された長方形の輻射導体６０が設
けられ、この輻射導体６０の中央部に欠損部Ｈが設けら
れているとともに、輻射導体６０の各辺に切欠部６２が
１つづつ設けられている。なお、切欠部６２は切欠部４
２と同様のものである。なお、欠損部Ｈは、その面積が
輻射導体６０の面積の１／９以下であることが好ましい
が、それ以上であってもよい。

【００３０】また、輻射導体６０の重心６０ｃから角部
６０ａに向かって、重心６０ｃと角部６０ａとの間の長
さの１／３だけ離れた位置に給電点６１が設定され、こ
の給電点６１にコネクタ１０ｃが接続される。なお、ア
ース導体１０と誘電体２０との形状は、それぞれ、一辺
の長さが１１０ミリメートルの方形であり、輻射導体６
０の形状は、一辺の長さが８５ミリメートル×８０ミリ
メートルの長方形である。

【００３１】次に、上記実施例の動作について説明す
る。

【００３２】上記実施例において、欠損部Ｈの一辺Ｌが
０ミリメートルであり、切欠部６２の深さＤが０ミリメ
ートルの場合、つまり、欠損部Ｈも切欠部６２も設けら
れていない場合（図３に示す従来例と同じ場合）のリタ
ーンロス特性は、図１（２）に示すとうりであり、その
中心周波数は、１６００ＭＨｚである。

【００３３】そして、切欠部６２の深さＤを１０ミリメ
ートルに設定した場合（図４に示す従来例と同じ場合）
のリターンロス特性において、その中心周波数は１４７
５ＭＨｚになり、このときのリターンロス１０ｄＢにお
ける帯域幅は３０ＭＨｚである。この場合、中心周波数
に対するＳＷＲが２以上の周波数帯域は約２％であり、
切欠部６２の深さＤを１０ミリメートルよりも大きくす
ると、ＳＷＲが２以上の周波数帯域が２％よりも小さく
なるので、実用上、深さＤを１０ミリメートルよりも大
きくは設定することができない。

【００３４】ところで、切欠部６２の深さＤを１０ミリ
メートルに設定するとともに欠損部Ｈの一辺Ｌを８ミリ
メートルに設定すると、この場合のリターンロス特性に
おける中心周波数は１２５０ＭＨｚであり、このときの
１０ｄＢにおける帯域幅は２５ＭＨｚであり、ＳＷＲが
２以上の周波数帯域は中心周波数に対して約２％にな
り、実用可能な状態の限界である。なお、上記実施例に
おいて、（１６００ＭＨｚ−１２５０ＭＨｚ）×１００
／１６００ＭＨｚ≒２１．９であるので、実用周波数低
減率は約２２％になる。

【００３５】すなわち、図１に示す実施例における実用
周波数低減率は約６．９％であり、図４に示す例におけ
る実用周波数低減率は約７．８％であり、この２つを組
み合わせた場合における実用周波数低減率は、６．９％
＋７．８％＝１４．７％になる筈であるが、これを測定
すると２２％にも達する。したがって、図２に示す実施
例では、図１に示す実施例と図４に示す従来例とを単に
組み合わせた場合の効果以上の効果、つまり相乗効果が
発生する。したがって、図２に示す実施例においては、
マイクロストリップアンテナを極めて小型にすることが
できる。この場合も、誘電体２０の誘電率εを大きくす
れば、誘電率εの平方根に反比例して、マイクロストリ
ップアンテナの形状をさらに小型にすることができる。

【００３６】上記実施例においては、切欠部６２の深さ
Ｄを１０ミリメートルに設定してあるが、これ以外の深
さに設定してもよい。なお、欠損部Ｈの面積が輻射導体
６０の面積の１／９以下であること（輻射導体６０、欠
損部Ｈが方形であれば、欠損部Ｈの一辺の長さＬが輻射
導体６０の一辺の長さの１／３以下であること。輻射導
体６０、欠損部Ｈが円形であれば、欠損部Ｈの半径の長
さが輻射導体６０の半径の長さの１／３以下であるこ
と。）が望ましく、それ以上であると、欠損部の中に給
電点６１を設けることとなり、給電点６１の設置が困難
となることがある（もっとも、この場合には、輻射導体
６０の導電部分から給電点６１まで、突起またはブリッ
ジ状に導電部分を設ければよい。）。

【００３７】なお、上記実施例において、円偏波を受信
する場合ならば、輻射導体６０の一辺の中央に切欠部６
２を設けるが、それ以外の電波を受信する場合でも、輻
射導体６０の一辺の中央から、その一辺の長さの１０％
以内の位置に切欠部６２を設けることが好ましい。ま
た、上記実施例においては、輻射導体６０の一辺に切欠
部６２が１つのみ設けられているが、その一辺に複数の
切欠部６２を設けるようにしてもよい。

【００３８】さらに、上記実施例において、輻射導体５
０、６０、欠損部Ｈ、切欠部６２の形状は方形である
が、これらの形状として、円形、五角形以上の角形等、
方形以外の形状を採用してもよい。

【００３９】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、輻射導体の形
状を比較的簡素にして、マイクロストリップアンテナの
形状を小さくすることができるという効果を奏する。ま
た、請求項２の発明によれば、マイクロストリップアン
テナの形状を、従来よりもさらに小さくすることができ
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の説明図であり、同図（１）
はその斜視図であり、同図（２）はその実施例における
リターンロス特性を示す図である。

【図２】本発明の他の実施例の説明図であり、同図
（１）はその斜視図であり、同図（２）はその実施例に
おけるリターンロス特性を示す図である。

【図３】従来のマイクロストリップアンテナの一例の説
明図であり、同図（１）はその斜視図であり、同図
（２）はその正面図である。

【図４】低損失誘電基板を使用せずに輻射導体を小さく
するために考えられるマイクロストリップアンテナの例
の説明図であり、同図（１）はその斜視図であり、同図
（２）はその例におけるリターンロス特性を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０…アース導体、 ２０…誘電体、 ５０、６０…輻射導体、 ６２…切欠部、 Ｄ…切欠部の深さ、 Ｈ…欠損部、 Ｌ…欠損部の一辺の長さ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 輻射導体の中央部に欠損部が設けられた
   マイクロストリップアンテナであって、上記欠損部の面
   積が上記輻射導体の面積の１／９以下であることを特徴
   とするマイクロストリップアンテナ。
2. 【請求項２】 輻射導体の周縁部に設けられた少なくと
   も４つの切欠部と；上記輻射導体の中央部に設けられた
   欠損部と；を有することを特徴とするマイクロストリッ
   プアンテナ。
3. 【請求項３】 請求項２において、上記上記欠損部は、
   その面積が上記輻射導体の面積の１／９以下であること
   を特徴とするマイクロストリップアンテナ。