JPH0586681B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、マイクロ波帯で使用するアンテナ
に関し、特にマイクロストリツプアンテナの低損
失かつ広帯域化を実現するアンテナ構造に関する
ものである。

〔従来の技術〕

マイクロストリツプアンテナは、軽量で、薄型
であり、かつ製作が容易であるなど、多くの利点
を有している反面、マイクロストリツプ給電線に
よる損失が多く、アンテナの周波数帯域が狭いと
いう欠点を有している。

従来、給電損失を小さくするには、導波管によ
る給電などの手段がとられていたが、この方法に
よると、マイクロストリツプアンテナの軽量、薄
型という利点が生かされない欠点があつた。

また、広帯域化するには、無給電素子をマイク
ロストリツプアンテナ素子の近傍に設ける方法、
あるいは、素子寸法の異なるマイクロストリツプ
アンテナを組合せて、２周波共用をさせて広帯域
化をはかる方法などがある。しかし、これらの方
法は、構造が複雑であつたり、経費がかかるなど
の欠点があつた。

また、以上述べたような、従来の技術で、低損
失で、かつ広帯域の両方を満足させようとする
と、上述した構造の複雑さや経費が嵩むなどの問
題点がされに大きくなるのは明らかである。

一方、マイクロストリツプアンテナで、アレー
アンテナを構成した場合、給電方法としては、直
列型と並列型がある。

直列型給電アレーは、周波数によつて各素子の
励振位相が変わり、利得が落ちるため、広帯域に
できない欠点がある。これに対して、並列型給電
アレーは、給電損失でアンテナ効率は低下するも
のの、入力端子から各素子までの線路長が等しい
ので、広帯域な特性を得ることができて、給電損
失を、できるだけ低く抑えるように配慮すれば十
分実用性のあるアンテナとなる。

並列型給電アレーで、問題となる給電損失は、
銅損、放射損、誘電体損の３つである。このう
ち、誘電体損は誘電体基板材料で決まるのに対
し、銅損および放射損は、基板の厚さ、給電線路
の特性インピーダンスによつて異なる値をとる。

また、放射損は、線路の曲り、２分配など、線
路の不連続部より生じる。第６図は、線路の曲り
や、２分配点が、線路上に一様に分布している場
合の、誘電体基板の厚さに対する銅損、放射損の
関係を示す一計算例の図である。この図で分かよ
うに、給電損失の最低となる点が存在するが、そ
の値は基板の材質で異なり、通常使用されている
材質では、基板厚を適切にしようとすると、特性
インピーダンスはかなり高くなる。また、特性イ
ンピーダンスを低くしようとすると、基板厚は薄
くなり、実用に供し得ないという問題に直面す
る。

また、同一基板上にマイクロストリツプ線路と
マイクロストリツプアンテナ素子を同じ基板厚で
構築する際、後述するように、マイクロストリツ
プアンテナＱ値を低くし、広帯域化するために、
基板厚をある程度大きくしようとすると、特性イ
ンピーダンスを極端に高くとらないと銅損と放射
損との和を小さくすることが出来ない。

また、給電線路からみると、誘電率、特性イン
ピーダンス、基板厚、線路幅の相互の関係より、
（電子通信ハンドブツクP744参照）線路幅と基板
厚の比は、極端に小さくなり、製作不能な程に、
その線路幅は細くなる。また線路幅をある程度確
保すると、基板厚が薄くなりすぎて、アンテナ素
子の周波数帯域が狭帯域になる。

一般に、マイクロストリツプアンテナの周波数
帯域は次式により求められる。

Bandwidth＝（VSWR−１）／Ｑ√ Ｑ値は、基板の誘電率に比例し、基板厚に逆比
例することが知られている。従つて、給電損失が
小さくなるような、薄い誘電体基板の、同一面上
に給電線と、マイクロストリツプアンテナとを作
成すると、給電損失は小さくなるものの、アンテ
ナ素子のＱ値が上昇し、周波数帯域の狭いアンテ
ナになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

そこで、本発明の目的は、軽量で、薄型であ
り、製作が容易で、かつ、量産も可能なマイクロ
波帯用アンテナを、提供することを目的とするも
のである。

さらに、アンテナ素子への給電線からの放射損
失を少なくし、かつ、広い周波数帯域に使用でき
るすぐれた特性のマイクロ波帯用アンテナを実現
することを目的とするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明は、マイクロストリツプ給電線
の損失が最小となるように、基板の厚さを、最適
化し、そして、マイクロストリツプアンテナ素子
の下部に所定の厚みを持つ間〓を設けた接地部材
を配置することにより、マイクロストリツプアン
テナの利点を損なうことなく、すぐれた特性のマ
イクロ波帯用アンテナを実現する手段を提供する
ものである。すなわち、マイクロストリツプアン
テナ素子と、該マイクロストリツプアンテナ素子
に接続された給電線とを、該給電線の給電線損が
小さくなる基板厚を有する誘電体基板の一方の主
面上に配置し、 前記誘電体基板の他方の主面上に接地部材を配
置するに際して、該接地部材は前記マイクロスト
リツプアンテナ素子と対向する部分が除去され、
前記マイクロストリツプアンテナ素子の下部に生
じた所定の厚さの低誘電率材料あるいは空気層よ
りなる間〓を隔てて、該接地部材と対向する構造
としたものである。

〔作用〕

従つて、本発明を実施化することにより、誘電
体基板の厚みを、マイクロストリツプ給電線の損
失が、最小になるように選定し、しかも、マイク
ロストリツプアンテナ素子と、接地部材との間
に、間〓を設ける構造にしてあるから、そのＱ値
を適正にとることができて、周波数帯域を広帯域
とすることができる。さらにマイクロストリツプ
アンテナが軽量で、薄型であり、かつ製作が容易
であるという利点を生かすことが可能であり、す
ぐれたマイクロ波帯用のアンテナを実現すること
が可能である。

〔実施例〕

本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

第１図ＡおよびＢは、本発明によるマイクロス
トリツプアンテナの、構造の一実施例を示す図で
ある。

１はマイクロストリツプアンテナ素子、２は基
板接地部材、３は間〓、４はアンテナ素子接地部
材、５は誘電体基板、６は給電線である。

第１図において、マイクロストリツプアンテナ
素子１は、マイクロストリツプ給電線６の給電損
失が小さくなるような、薄い誘電体基板５上に、
マイクロストリツプ給電線６と共に形成されてい
る。基板接地部材２は、給電線に対する接地であ
る。マイクロストリツプアンテナ素子１の下側の
基板接地部材２は、素子の外縁よりやや大きめの
サイズで取除かれており、マイクロストリツプア
ンテナ素子１は、低誘電率材料、あるいは空気層
から成る、間〓３を介して、アンテナ素子接地部
材４と対向している。従つて、給電線６は薄い誘
電体基板上にあつて損失が小さく、また、マイク
ロストリツプアンテナ素子１自体は、間〓を介す
ることによつて、実効的な基板厚が大きくなると
共に、実効的な誘電率も小さくなつて、Ｑ値は下
がり、その結果、周波数帯域は広くなる。

第２図ＡおよびＢは、本発明によるマイクロス
トリツプアンテナの、構造の他の一実施例を示す
図である。

第１図では、マイクロストリツプアンテナ素子
に対向する接地部材と、基板接地部材とで二層と
する構造にしたもので説明したが、第２図Ｂに示
すように接地部材７は一体とすることもできる。
この場合、マイクロストリツプアンテナ素子の外
縁よりも大きいくぼみの穴をあけた部材にしてあ
る。

さらに、複数個のマイクロストリツプアンテナ
素子を有する本発明の他の実施例を第３図〜第５
図に示す。

第３図は、第１図に示したマイクロストリツプ
アンテナ素子からなるアレーアンテナを複数個配
置したうちの一部分の構造を示す断面図である。

図中、１−１および１−２はマイクロストリツ
プアンテナ素子、２は基板接地部材、３−１およ
び３−２は間〓、４−１および４−２はアンテナ
素子接地部材、５は誘電体基板であり、それぞ
れ、第１図の各部分１〜５に対応する。

第４図は、第２図に示したマイクロストリツプ
アンテナ素子からなるアレーアンテナを複数個配
置したうちの一部分の構造を示す断面図である。

図中、１−１および１−２はマイクロストリツ
プアンテナ素子、３−１および３−２は間〓、５
は誘電体基板であり、それぞれ、第１図の各部分
１〜５に対応する。７は基板接地部材２と一体に
構成したアンテナ素子接地部材である。

さらに、第５図は、アンテナ素子２個を配置さ
れた部分の構造の断面図である。

図中、１−１および１−２はマイクロストリツ
プアンテナ素子、２は基板接地部材、３は間〓、
４はアンテナ素子接地部材、５は誘電体基板であ
る。

本例においても、マイクロストリツプアンテナ
素子１−１および１−２の各々の下側の基板接地
部材２は、アンテナ素子の外縁よりやや大きめの
サイズで、それぞれ取除かれており、マイクロス
トリツプアンテナ素子１−１および１−２は、低
誘電率材料あるいは空気層から成る間〓３を介し
て、共通のアンテナ素子接地部材４と対向してい
る。

〔発明の効果〕

先に述べたように、マイクロストリツプアンテ
ナは、軽量で、薄型であり、かつ、その製作も容
易であるから、量産可能なアンテナである。

マイクロストリツプアンテナの周波数帯域は、
誘電体基板厚の増加と共に、広くなつていくが、
同時に、同一基板面上に作成されたマイクロスト
リツプ給電線の損失も曲がり部や分配点などの不
連続部からの放射損が、基板厚の増加と共に、増
えてくる。特に、アレー構成にした場合は、この
給電損失が問題となる。

従つて、従来の方法では、上記の利点を損うこ
となく、低損失で、かつ、周波数の広帯域性を満
足させるマイクロストリツプアンテナおよび、ア
レーアンテナを実現させることは困難であつた。

本発明は、マイクロストリツプ給電線の損失
が、最小になるように基板厚を最適化しつつ、マ
イクロストリツプアンテナ素子の下部に所定の厚
みを持つ間〓を設けて、接地部材を二層構造にす
ることによつて、マイクロストリツプアンテナの
利点を損うことなく、両者を満足させることがで
きる。よつて、この発明を実施することにより、
低損失、かつ、周波数の広帯域なマイクロストリ
ツプアンテナが、容易に実現可能である。

なお、第２図Ｂにより上述で説明したように、
接地部材としては、二層構造とせず、一体にした
ものでも、容易に実現することができる。

また、マイクロストリツプアンテナ素子の形
は、第１図Ａに示した方形パツチに限らず、円形
パツチなど、さまざまなかたに、本発明を適用す
ることが可能である。

また、アンテナの偏波にも限定されず、円偏波
素子、直線偏波素子の両方に適用することも可能
である。アンテナ素子の下部の間〓は、低誘電率
材料、あるいは空気層で構成することによつて、
安価に、そして容易に任意の厚みで、任意の形を
持たせることができると共に、実効的な誘電率を
下げ、さらに周波数特性の広帯域化に寄与するこ
とが可能となる。また、本構成法によるアンテナ
利得に低下や、放射パターンの劣化はなく、良好
な特性が得られる。

以上説明したような種々の利点により、本発明
を並列給電型マイクロストリツプアレーアンテナ
に応用することが可能である。本構成法によるマ
イクロストリツプアレーアンテナは、給電損失が
小さく、また、アレー化によつてさらに周波数特
性が広帯域になることは明らかである。また、同
一基板面上に給電線とアンテナ素子を形成できる
ため、製作が容易で、低廉化に適したアレーアン
テナである。

【図面の簡単な説明】

第１図ＡおよびＢは本発明によるマイクロスト
リツプアンテナの構造の一実施例を示す図、第２
図ＡおよびＢは本発明によるマイクロストリツプ
アンテナの構造の他の一実施例を示す図、第３図
〜第５図は本発明によるマイクロストリツプアレ
ーアンテナの３実施例の構造を示す断面図、第６
図は並列給電平面アンテナの誘電体基板厚に対す
る銅損および放射損の一計算例である。 １，１−１，１−２……マイクロストリツプア
ンテナ素子、２……基板接地部材、３，３−１，
３−２……間〓、４，４−１，４−２……アンテ
ナ素子接地部材、５……誘電体基板、６……給電
線、７……アンテナ素子接地部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ マイクロストリツプアンテナ素子１と、該マ
   イクロストリツプアンテナ素子に接続された給電
   線６とを、該給電線の給電線損を小さくするため
   に薄い基板厚を有する誘電体基板５の一方の主面
   上に配置し、 前記誘電体基板の他方の主面上であつて且つ前
   記マイクロストリツプアンテナ素子に対向する領
   域に低誘電率部３を配置し、 前記誘電体基板および前記低誘電率部を介した
   前記マイクロストリツプアンテナ素子の対向領域
   にアンテナ素子用接地部材４を設け、 前記誘電体基板の他方の主面上であつて且つ前
   記給電線と対向する領域に給電線用接地部材２を
   配置した ことを特徴とするマイクロストリツプアンテナ。 ２ 前記アンテナ素子用接地部材４および前記給
   電線用接地部材２を同一の金属部材７で一体的に
   形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のマイクロストリツプアンテナ。 ３ 前記低誘電率部３として、空気層から成る間
   〓を用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のマイクロストリツプアンテナ。