JPH0590826A - マイクロストリツプアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】マイクロストリップアンテナの薄型化を図る。 【構成】このマイクロストリップアンテナは、互いに積
層された複数の誘電体基板２、３と、誘電体基板２の外
面に形成されたストリップ導体４と、誘電体基板２と誘
電体基板３間に配設されたパッチ５と、このパッチ５に
ストリップ導体４と直交するように配設されたスロット
６と、誘電体基板３のパッチ５と反対側の面に配設され
た接地導体７と、中心導体８が接地導体７およびパッチ
５のほぼ中央部を貫通してストリップ導体４に接続さ
れ、外部導体９が接地導体７およびパッチ５に接続され
た同軸ケーブル１０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば移動体衛星通
信などに用いられるマイクロストリップアンテナに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、自動車などの移動体より衛星
通信を行うためのアンテナとしては、例えば異なる周波
数で送信および受信が同時に行える２周波共用のマイク
ロストリップアンテナが用いられている。この２周波共
用のマイクロストリップアンテナには、入出力ポートを
分離し２つのアンテナを一体化したスタックアンテナが
用いられている。

【０００３】このようなアンテナには、例えばスロット
結合給電方式およびトリプレート線路給電方式などの給
電形式が併用されている。

【０００４】スロット結合給電方式のアンテナは、放射
素子と給電線路を独立させて構成および設計できる利点
があり、このアンテナの給電線路に1/4 波長変成器とオ
ープンスタブとを構成することにより、給電線路と放射
素子とのインピーダンス整合をとることができ、円偏波
のための給電回路、ＭＭ（モノリシック・マイクロウェ
イブ）ＩＣ化されたアンプおよび移相器などをこのアン
テナに組み込むことが可能である。このため、このスロ
ット結合給電方式は、アクティブアレーアンテナなどに
有効に応用されている。

【０００５】ここで、このスロット結合給電方式を利用
した２周波共用のマイクロストリップアンテナを、特開
平2-172307号公報に開示されているマイクロストリップ
アンテナに基づいて説明する。

【０００６】図７はスロット結合給電方式の２つのアン
テナをスタックした２周波共用マイクロストリップアン
テナ（以下スタックアンテナと称す）の分解斜視図、図
８はその断面図である。

【０００７】同図に示すように、このスタックアンテナ
は６層に誘電体基板１２１〜１２６を積層し、上側の３
層１２１〜１２３と下側の３層１２４〜１２６とでそれ
ぞれ独立して２つのスロット結合給電型アンテナが構成
されている。

【０００８】誘電体基板１２１上面には、放射導体とし
て円形状のパッチ１２７が形成されている。誘電体基板
１２２の上面には、スロット１２８を設けた円形状の接
地導体１２９が配設されている。誘電体基板１２３の上
面には、ストリップ導体１３０が逆Ｊ字状に形成されて
いる。誘電体基板１２４上面には、放射導体として円形
状のパッチ１３２が形成されている。

【０００９】また、この円形状のパッチ１３２と接地導
体１２９間には、ストリップ導体１３０を避けて短絡線
１３１が形成されている。この短絡線１３１は、接地導
体１２９がアンテナとして動作するのを、接地されてい
るパッチ１３２に接続して防止するためのものである。
誘電体基板１２５の上面には、スロット１３３を設けた
接地導体１３４が形成されている。誘電体基板１２６に
は、その上面にスロット１３３と直交する方向に給電線
路としてのストリップ導体１３５が形成され、その底面
一面には接地導体１３６が形成されている。

【００１０】また、誘電体基板１２６の底面には、それ
ぞれのアンテナの入出力ポートとしての同軸ケーブル１
３７、１３８が配設されている。これら同軸ケーブル１
３７、１３８は、それぞれ給電用の中心導体１３９、１
４０と接地用の外部導体１４１、１４２とを有してい
る。下側のアンテナの入出力ポートとして同軸ケーブル
１３７の中心導体１３９はストリップ導体１３５に接続
され、外部導体１４１は接地導体１３６に接続されてい
る。

【００１１】一方、上側のアンテナの入出力ポートとし
て同軸ケーブル１３８の中心導体１４０は、誘電体基板
１２３〜１２６、円形状のパッチ１３２、接地導体１３
４およびに接地導体１３６のほぼ中心部を貫通して逆Ｊ
字状のストリップ導体１３０に接続され、外部導体１４
２は誘電体基板１２４〜１２６を貫通すると共に、パッ
チ１３２、接地導体１３４および接地導体１３６のほぼ
中心部に接続されている。

【００１２】このスタックアンテナでは、スタックされ
た２つのアンテナは、独立して送信および受信を行うこ
とができる。また、入出力ポートが分離されたことによ
り、送信と受信間のアイソレーションがとれ、送受分離
フィルタを簡単に構成できる利点がある。

【００１３】しかしながら、これら２つのアンテナは、
誘電体基板を共に３層づつで構成する必要があり、スタ
ックアンテナ全体として誘電体基板の積層数が６層にも
及びアンテナ構造が複雑になるという欠点がある。

【００１４】一方、自動車など搭載されるマイクロスト
リップアンテナは、軽薄短小化が望まれており、誘電体
基板の積層数が６層にも及ぶこのスタックアンテナで
は、誘電体基板の積層数の削減が軽簿化への重要な課題
となっている。また、このスタックアンテナは、製造上
も誘電体基板内の一部に短絡線１３１を形成するのが難
しいという問題がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】このように上述した従
来のマイクロストリップアンテナでは、アンテナを軽簿
化するために誘電体基板の積層数を減らさなければなら
ないという課題があり、製造上は、誘電体基板内に短絡
線の形成が難しいという問題があった。

【００１６】本発明はこのような課題を解決するために
なされたもので、マイクロストリップアンテナの積層構
造の簡素化を図り、薄型で軽量なマイクロストリップア
ンテナを提供することを目的としている。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明のマイクロストリ
ップアンテナは上記した目的を達成するために、互いに
積層された複数の誘電体基板と、前記複数の誘電体基板
の外側に位置する第１の誘電体基板の外面に形成された
ストリップ導体と、前記第１の誘電体基板とこれに隣接
する第２の誘電体基板間に配設された放射導体と、前記
放射導体に前記ストリップ導体と交差するように配設さ
れたスロットと、前記第２の誘電体基板の前記放射導体
と反対側の面に配設された接地導体と、中心導体が前記
接地導体および前記放射導体のほぼ中央部を貫通して前
記ストリップ導体に接続され、外部導体が前記接地導体
および前記放射導体に接続された同軸ケーブルとを具備
している。

【００１８】

【作用】本発明のマイクロストリップアンテナでは、励
振信号は、第１の誘電体基板の外面に形成されたストリ
ップ導体より、このストリップ導体と交差するスロット
を介して放射導体に給電される。するとマイクロストリ
ップアンテナは放射導体と接地導体との間に形成された
キャビティ（空間）により共振し、動作される。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。

【００２０】図１は本発明に係る一実施例のマイクロス
トリップアンテナの平面図、図２はその断面図である。

【００２１】同図において、１はマイクロストリップア
ンテナ（以下アンテナと称す）である。このアンテナ１
は、複数の誘電体基板として矩形状の誘電体基板２、３
を積層して構成されている。これらの誘電体基板２、３
のうち、外側に位置する第１の誘電体基板２の外面に
は、給電線路としてストリップ導体４が逆Ｊ字状に形成
されている。第１の誘電体基板２と、第１の誘電体基板
２に隣接する第２の誘電体基板３間には、放射導体とし
て円形状のパッチ５が形成されている。このパッチ５に
は、逆Ｊ字状のストリップ導体４の一部と直交（交差）
するようにスロット６が配設されている。このアンテナ
１の共振周波数は、このスロット６とパッチ５との半径
により決定されている。また、第２の誘電体基板３のパ
ッチ５と反対の面には、接地導体７が配設されている。
さらに、第２の誘電体基板３の接地導体７側の面のほぼ
中央部には、給電用の中心導体８と、接地用の外部導体
９とからなる同軸ケーブル１０が設けられている。中心
導体８は、接地導体７と誘電体基板２、３とを貫通して
ストリップ導体４に接続されており、外部導体９は、接
地導体７と誘電体基板３とを貫通すると共に、円形状の
パッチ５および接地導体７に接続されている。なお、誘
電体基板２、３は、接着剤あるいはビスなどにより積層
固定されている。また、誘電体基板２、３上の各導体
は、エッチングなどの技法により形成されている。

【００２２】このアンテナ１では、励振信号はストリッ
プ導体４よりスロット６を介してパッチ５に給電され
る。励振信号が給電されると、このマイクロストリップ
アンテナは、パッチ５と接地導体７との間に形成されて
いるキャビティ（空間）により共振し、動作される。こ
のとき、給電用の中心導体８は、接地導体７のほぼ中央
部を貫通しているので、不要な高次モードの発生が抑圧
される。

【００２３】この実施例のアンテナ１によれば、誘電体
基板２、３すべてを貫通して誘電体基板２、３内に中心
導体８を配設することができるので、アンテナの積層構
造を簡素化することができる。

【００２４】また、アンテナ１は、誘電体基板２の外面
にストリップ導体４を露出させて形成しており、給電回
路やＭＭ（モノリシック・マイクロウェイブ）ＩＣ素子
などのコンポーネントをこのストリップ導体４に容易に
接続および一体化することができる。また、1/4 波長変
成器やスタブなどが容易に構成できるため、ストリップ
導体４とパッチ５とのインピーダンス整合を容易にとる
ことができる。

【００２５】さらに、このアンテナ１はスロット６によ
り共振周波数を低くできるので、その直径（幅）を小さ
くして小型化することができる。

【００２６】また、アンテナ１をアレー化する場合、同
軸ケーブル１０は、アンテナ１の底面の内側に垂直に設
けられているので、隣り合うアンテナの間隔をストリッ
プ導体４の出線部を考慮せずに設定することができる。
さらに、アンテナ１の底面に接地導体７が配設されてい
るのでシールド効果があり、これよりも下部に送受信装
置などを配設した場合、アンテナ１は送受信装置などよ
りの電気的影響を受けずに済む。したがって、送受信機
などとこのアンテナ１とを一体化して小型化を図る上で
都合がよい。

【００２７】次に、本発明のマイクロストリップアンテ
ナの他の実施例について図３を参照して説明する。図３
は２周波共用のマイクロストリップアンテナとして２つ
のスロット結合型マイクロストリップアンテナを積層配
置したスタック型マイクロストリップアンテナ（以下ス
タックアンテナと称す）を示す分解斜視図、図４はその
断面図である。

【００２８】同図に示すように、このスタックアンテナ
は、誘電体基板５２〜５６を５層に積層して上下２つの
マイクロストリップアンテナ（以下アンテナと称す）５
１ａ、５１ｂが構成されている。

【００２９】これら複数の誘電体基板５２〜５６のう
ち、外側（最上部）に位置する第１の誘電体基板５２の
外面には、第１の給電線路としてストリップ導体５７が
逆Ｊ字状に形成されている。第１の誘電体基板５２と隣
接する第２の誘電体基板５３の上面には、第１の放射導
体として円形状のパッチ５８が形成されている。このパ
ッチ５８には、逆Ｊ字状のストリップ導体５７の一部と
直交するスロット５９が配設されている。上側のアンテ
ナ５１ａの共振周波数は、このスロット５９の長さと円
形状のパッチ５８の半径とによって決定されている。第
２の誘電体基板５３と隣接する第３の誘電体基板５４の
上面には、第２の放射導体として円形状のパッチ６０が
形成されている。第３の誘電体基板５４に隣接する第４
の誘電体基板５５の上面一面には、第１の接地導体６１
が形成されている。この第１の接地導体６１には、スロ
ット６２が設けられている。下側のアンテナ５１ｂの共
振周波数は、このスロット６２の長さと円形状のパッチ
６０の半径とによって決定されている。第４の誘電体基
板５５に隣接する第５の誘電体基板５６には、その上面
にスロット６２と直交する第２の給電線路としてストリ
ップ導体６３が形成され、ストリップ導体６３と反対の
面には、第２の接地導体６４が形成されている。なお、
各導体はエッチングなどの技法を用いて形成されてい
る。

【００３０】また、第６の誘電体基板５６の底面には、
それぞれ２つのアンテナ５１ａ、５１ｂの入出力ポート
としての同軸ケーブル６５、６６が配設されている。こ
れらの同軸ケーブル６５、６６は、それぞれ給電用の中
心導体６７、６８と接地用の外部導体６９、７０とを有
している。

【００３１】下側のアンテナ５１ｂの入出力ポートとし
て、同軸ケーブル６６の中心導体６８は、誘電体基板５
６および第２の接地導体６４を貫通してストリップ導体
６３の一端に接続されている。同軸ケーブル６６の外部
導体７０は、第２の接地導体６４に接続されている。

【００３２】一方、上側のアンテナ５１ａの入出力ポー
トとして、同軸ケーブル６５の中心導体６７は、誘電体
基板５２〜５６、円形状のパッチ５８、６０および接地
導体６１、６４のほぼ中心部を貫通して逆Ｊ字状のスト
リップ導体５７の一端に接続されている。同軸ケーブル
６５の外部導体６９は、誘電体基板５２〜６６を貫通す
ると共に、円形状のパッチ５８、６０および接地導体６
１、６４にそれぞれ接続されている。

【００３３】このスタックアンテナでは、２周波数、２
偏波で同時に上下２つのアンテナ５１ａ、５１ｂを励振
させることが可能である。

【００３４】例えば、下側のアンテナ５１ｂにおける中
心導体６８よりの励振信号は、ストリップ導体６３より
スロット６２を介してパッチ６０に給電される。つま
り、トリプレート線路給電が行われる。このアンテナ５
１ｂに励振信号が給電されると、このアンテナ５１ｂは
円形状のパッチ６０と第１の接地導体６１間のキャビテ
ィ（空間）により共振し、動作される。

【００３５】一方、上側のアンテナ５１ａにおける中心
導体６７よりの励振信号は、ストリップ導体５７よりス
ロット５９を介してパッチ５８に給電される。このアン
テナ５１ａに励振信号が給電されると、同軸ケーブル６
５の外部導体６９と接続されている円形状のパッチ６０
は接地導体としての役割を果たす。したがって、このア
ンテナ５１ａは、このパッチ６０と円形状のパッチ５８
間のキャビティ（空間）により共振し、動作される。

【００３６】このようにこの実施例（本発明を２周波共
用のマイクロストリップアンテナに応用した例）のスタ
ックアンテナ５１によれば、下側のアンテナ５１ｂで放
射導体として用いているパッチ６０を、他の周波数およ
び偏波で動作するアンテナ（上側のアンテナ５１ａ）の
接地導体として兼用することができる。したがって、ス
タックアンテナ全体としては接地導体が一枚省略され
て、従来、誘電体基板が６層で構成されていた２周波、
２偏波のスタックアンテナを５層で構成することができ
る。この結果、スタックアンテナの薄型化、軽量化を図
ることができる。 また、製造上、誘電体基板５２〜５
６すべてを貫通した上で同軸線路（中心導体６７および
外部導体６９）を各導体に接続でき、図８に示したよう
な短絡線１３１の形成が不要となり、スタックアンテナ
の製造工程は、従来と比較して簡素化される。さらに誘
電体基板内の外部導体６９は、誘電体基板５２〜５６に
スルーホールなどを形成して代用することができるの
で、誘電体基板５２〜５６すべてが貫通されることが好
都合となる。

【００３７】また、この実施例のスタックアンテナに
は、下側のアンテナ５１ｂにトリプレート線路が構成さ
れているが、このスタックアンテナでは上下のアンテナ
の構成を逆転させてもよく、サスペンデッドラインのよ
うに平面回路で構成されている他の線路を用いても同様
の効果が得られる。

【００３８】さらに、このスタックアンテナには、不要
に励振されてしまうような導体がないので、２つのアン
テナ間のアイソレーションをとるのに都合がよく、２周
波共用で送信および受信を行うアンテナとしては有効で
ある。

【００３９】また、本実施例には誘電体基板を用いた
が、この誘電体基板に代えて空気層を形成するハネカム
や発泡材などを用いても同様な効果を得ることができ
る。

【００４０】さらに、この実施例では、放射導体として
のパッチを円形状に形成したが、このパッチの形状は、
矩形、三角形あるいは環状など他の形状であってもよ
い。また、スロットは 2個以上であっても他の構成であ
ってもよい。

【００４１】なお、このスタックアンテナでは、誘電体
基板５２〜５６の誘電率を各層で自由に設定できる。例
えば、上部のアンテナ５１ａの大きさを下部のアンテナ
５１ｂよりも小さく形成できるなど設計の自由度が向上
する。この一例として例えば、ストリップ導体５７を形
成した層に誘電率の高い誘電体基板を用い、この層に給
電回路やＭＭＩＣ素子などを実装する。このとき、この
層の下層に配置する各パッチが影響を受けないように、
誘電率の高い誘電体基板を下層のパッチよりも小さく形
成することができる。

【００４２】次に、図５（ａ）および図５（ｂ）を参照
して上記した図３および図４の実施例の変形例について
説明する。図５（ａ）は図３および図４のスタックアン
テナの誘電体基板５２、５３の構成を変形した積層透視
図、図５（ｂ）はそのスタックアンテナの誘電体基板５
４、５５、５６の構成を変形した積層透視図である。図
５（ａ）に示すように、誘電体基板５２には、逆Ｊ字状
のストリップ導体５７が形成されており、このストリッ
プ導体５７は中心導体６７と接続されている。誘電体基
板５２の直下に隣接する誘電体基板５３の上面には、円
形状のパッチ５８が設けられている。このパッチ５８に
は、ストリップ導体５７と直交するスロット５９と、新
たにこのスロット５９と90°の角度をなすように非励振
のスロット７０が配設されている。

【００４３】一方、図５（ｂ）に示すように、誘電体基
板５４には、円形状のパッチ６０が設けられており、こ
のパッチ６０は外部導体６９と接続されている。誘電体
基板５４の直下に隣接する誘電体基板５５の上面全面に
は、接地導体６１が設けられている。この接地導体６１
には、誘電体基板５６のストリップ導体６３と直交する
スロット６２と、新たにこのスロット６２と90°の角度
をなすように非励振のスロット７２が配設されている。

【００４４】このように構成されたスタックアンテナで
は、各アンテナのそれぞれのキャビティ（空間）内で高
次モードを介して非励振のスロット７０およびスロット
７２に電界が誘起される。これによって、２つのスロッ
ト間に励振される電界の位相差は、90°となり各アンテ
ナには円偏波が発生する。

【００４５】この変形例のスタックアンテナによれば、
本実施例の２周波共用のスタックアンテナに非励振のス
ロット７０、７２を設けるだけの簡単な構成変更によ
り、円偏波を発生する円偏波アンテナを実現することが
できる。

【００４６】続いて、図６を参照して上記した図３およ
び図４の実施例の他の変形例について説明する。図６
（ａ）は図３および図４のスタックアンテナの誘電体基
板５２、５３の構成を変形した積層透視図、図５（ｂ）
はそのスタックアンテナの誘電体基板５４、５５、５６
の構成を変形した積層透視図である。

【００４７】図６（ａ）において、誘電体基板５２の上
面には、ウィルキンソン型電力分配器７３を有するスト
リップ導体７４が形成されており、このストリップ導体
７４の一端は、中心導体６７に接続されている。また、
このストリップ導体７４の他端は、開放端７５ａ、７５
ｂにそれぞれ分岐して、ウィルキンソン型電力分配器７
３を構成している。開放端７５ａ、７５ｂはこのウィル
キンソン型電力分配器７３で一胆収束し抵抗７６で接続
され、この部分よりさらに分岐して互いが90°の位相差
をなすように配設されている。誘電体基板５２の直下に
隣接する誘電体基板５３の上面には、円形状のパッチ５
８が設けられている。このパッチ５８には、ストリップ
導体の分岐した開放端７５ａ、７５ｂと直交するように
スロット７７、７８が配設されている。

【００４８】一方、図５（ｂ）において、誘電体基板５
４には、円形状のパッチ６０が設けられており、このパ
ッチ６０は外部導体６９と接続されている。誘電体基板
５４の直下に隣接する誘電体基板５５の上面全面には、
接地導体６１が設けられている。この接地導体６１に
は、スロット７９と、このスロット７９に対して90°の
位相差をなすようにスロット８０が配設されている。誘
電体基板５５の直下に隣接する誘電体基板５６の上面に
は、ハイブリッド結合器８１により結合されたストリッ
プ導体８２、８３が形成されている。これらのストリッ
プ導体８２、８３は、この誘電体基板５６の底部よりの
同軸線路８４、８５にそれぞれ接続されている。なお、
同軸線路８４は無反射終端であり、同軸線路８５は入出
力ポートである。

【００４９】このように構成されたスタックアンテナで
は、上側のアンテナは、ウィルキンソン型電力分配器７
３を有するストリップ導体７４によりスロット７７、７
８を介して90°の位相差で励振されて円偏波を発生す
る。

【００５０】一方、下側のアンテナは、ハイブリッド結
合器８１を有するストリップ導体８２、８３によりスロ
ット７９、８０を介して90°の位相差で励振されて円偏
波を発生する。

【００５１】この変形例のスタックアンテナによれば、
各ストリップ導体７４、８２、８３にウィルキンソン型
電力分配器７３やハイブリッド結合器８１を構成するこ
とにより、広い帯域で良好な円偏波特性の得られる２周
波共用のマイクロストリップアンテナを実現できる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明のマイクロス
トリップアンテナによれば、誘電体基板すべてを貫通し
て中心導体をストリップ導体に接続することができるの
で、マイクロストリップアンテナの積層構造を簡素化す
ることができる。

【００５３】また、２周波共用のスタック型マイクロス
トリップアンテナに応用した場合、第２の放射導体は同
軸ケーブルの外部導体と接続され接地導体としての役割
を兼ねているので、他の周波数で動作する接地導体に兼
用することができる。これにより、スタック型マイクロ
ストリップアンテナ全体の構成より接地導体を一枚省略
することができる。また、製造上、誘電体基板すべてを
貫通して中心導体および外部導体を各導体に接続するこ
とができるので、短絡線の形成工程が不要になりアンテ
ナの製造工程が簡素化される。

【００５４】この結果、２周波共用のスタック型マイク
ロストリップアンテナを薄型に、かつ小型軽量に構成す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のマイクロストリップアンテナの一実
施例を示す平面図。

【図２】図１のマイクロストリップアンテナの断面図。

【図３】この発明のマイクロストリップアンテナの他の
実施例を示す分解斜視図。

【図４】図３のマイクロストリップアンテナの断面図。

【図５】（ａ）、（ｂ）はこの発明の一部を変形した変
形例を示す平面図。

【図６】（ａ）はこの発明をウィルキンソン型電力分配
器を有するマイクロストリップアンテナに応用した応用
例を示す平面図。（ｂ）はこの発明をハイブリッド結合
器を有するマイクロストリップアンテナに応用した応用
例を示す平面図。

【図７】従来のマイクロストリップアンテナを示す分解
斜視図。

【図８】図７のマイクロストリップアンテナのＣ−Ｃ線
断面図。

【符号の説明】

１……………マイクロストリップアンテナ ２、３………誘電体基板 ４……………ストリップ導体 ５……………パッチ ６……………スロット ７……………接地導体 ８……………中心導体 ９……………外部導体 １０…………同軸ケーブル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに積層された複数の誘電体基板と、 前記複数の誘電体基板の外側に位置する第１の誘電体基
   板の外面に形成されたストリップ導体と、 前記第１の誘電体基板とこれに隣接する第２の誘電体基
   板間に配設された放射導体と、 前記放射導体に前記ストリップ導体と交差するように配
   設されたスロットと、 前記第２の誘電体基板の前記放射導体と反対側の面に配
   設された接地導体と、 中心導体が前記接地導体および前記放射導体のほぼ中央
   部を貫通して前記ストリップ導体に接続され、外部導体
   が前記接地導体および前記放射導体に接続された同軸ケ
   ーブルとを具備することを特徴とするマイクロストリッ
   プアンテナ。