JPH0648210U - 広帯域マイクロストリップアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】構成が簡潔で、小型軽量であり、低コストで量
産に適する広帯域マイクロストリップアンテナを実現す
る。 【構成】誘電体基板１の背面に放射素子の形成導体２及
び給電回路の形成導体３を設け、誘電体基板の前面のう
ち、放射素子及び給電回路の各形成導体に対応する個所
に接地導体４を設け、給電回路の形成導体の一端を放射
素子の形成導体の縁部のうち、放射電界方向の縁部に接
続し、給電回路の他端を棒状導体９を介して誘電体基板
の後方に設けた反射板に取付けた給電端子に接続し、平
行棒状導体6₁、6₂、7₁及び7₂により誘電体基板と反射板
とを機械的に結合し、棒状導体6₁、6₂及び９によって不
平衡線路を形成してある。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、例えば自動車電話又は携帯電話等の大容量通信回線の基地局アンテ ナ或は放送受信用アンテナ等の基本放射素子に好適な広帯域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】

図１９は、従来のマイクロストリップアンテナの一例を示す斜視図で、21は誘 電体基板、22は誘電体基板21の上面に設けた放射素子、23は誘電体基板21の下面 に設けた接地導体、24は給電端子、25は給電線、26はインピ−ダンス整合素子、 27は導体板より成る無給電素子で、放射素子22の上方に適宜間隔を隔てて設けて ある。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

不平衡平面共振回路より成るマイクロストリップアンテナは、一般に小型、軽 量で、機械的高さが低い等の利点を有するため、アレイアンテナの構成放射素子 として広く用いられているが、その電気的特性が狭帯域であるため、周波数帯域 幅の広いことが要求される大容量通信回線における基地局用アンテナ又は放送受 信用アンテナ素子としては、そのまま使用することができず、図１９に示すよう に、無給電素子27を放射素子22の上方に適宜間隔を隔てて設けることによって広 帯域化を図っている。 無給電素子27を放射素子22の上方に適宜間隔を隔てて設けるためには、適当な 支持体を必要とし、その結果、機械的構成が複雑となって重量が大となり、コス ト高となるので量産に不適である。 図２０は、図１９に示したマイクロストリップアンテナの反射損失特性の一例 を示す図で、横軸は周波数(MHz) 、縦軸は反射減衰量(dB)であるが、図から明ら かなように、反射減衰量が−10dBにおける比帯域がほぼ11％程度に過ぎない。 尚、図２１及び図２２は、図１９に示した従来のアンテナの指向性の一例を示 す曲線図で、何れも図１９における放射素子22の中心を原点とし、給電線25の方 向にＸ軸を、これと直角方向にＹ軸を、放射素子22の放射中心方向にＺ軸を、そ れぞれとった場合における指向性で、各横軸は天頂角度(deg) 、各縦軸は相対電 界強度(dB)、各使用中心周波数は885MHzで、図２１はＺ−Ｘ面（電界面）におけ る指向性で、指向性の半値幅はほぼ68°、図２２はＺ−Ｙ面（磁界面）における 指向性で、指向性の半値幅はほぼ80°である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

本考案は、誘電体基板の背面に放射素子及び給電回路の各形成導体を設け、誘 電体基板の前面のうち、放射素子及び給電回路の各形成導体に対応する個所に接 地導体を設け、給電回路の形成導体の一端を放射素子の形成導体の縁部のうち、 放射電界方向の縁部に接続し、誘電体基板の後方に設けた反射板に取付けた給電 端子と給電回路の形成導体の他端との間に不平衡線路を介装し、この不平衡線路 を誘電体基板と反射板との機械的結合用支持体に兼用するように構成した広帯域 マイクロストリップアンテナを実現することによって従来のアンテナにおける欠 点を除こうとするものである。

【０００５】

【作用】

給電端子を介して不平衡線路に加えられた高周波電力は、給電回路の形成導体 より成るマイクロストリップ線路を介して放射素子の形成導体より成るマイクロ ストリップアンテナに加えられる。 マイクロストリップアンテナからの放射波は反射板で反射され、反射板からの 反射波が誘電体基板の前面に設けた接地導体と結合し、接地導体が無給電素子と して作用して接地導体から再放射が行われ、広帯域マイクロストリップアンテナ として作動する。

【０００６】

【実施例】

図１は、本考案の一実施例を示す図で、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は、 図１（ａ）のＡ−Ａ断面図、図１（ｃ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、図１（ ｄ）は、図１（ａ）のＣ−Ｃ断面図で、１は誘電体基板、２は誘電体基板１の背 面に設けた放射素子の形成導体、３は誘電体基板１の背面に設けた給電回路の形 成導体で、一端（内端）を放射素子の形成導体２の周縁のうち、所要の放射電界 方向に一致又はほぼ一致する縁部に接続してある。４は誘電体基板１の前面に設 けた接地導体、５は反射板で、誘電体基板１の後方に適宜間隔を隔てると共に、 反射板５の板面が放射素子の形成導体２の面と平行となるように設け、又、反射 板５の反射面が接地導体４の面積に比し適宜大となるように形成してある。 6₁、6₂、7₁及び7₂は平行棒状導体より成る結合用支持体で、各一端を反射板５ の周辺に溶着又は螺子止め等の手段によって固定し、各他端を誘電体基板１を貫 いて誘電体基板１の前面に設けた接地導体４の周辺のうち、放射磁界方向に一致 する箇所に突出させた適宜幅の耳部4₁及び4₂に接続し、例えば螺子止め等の手段 によって固定してある。８は反射板５の背面に設けた給電端子で、例えば同軸接 栓より成り、その外部導体を反射板５に接続してある。 ９は棒状導体で、結合用支持体6₁及び6₂の間において6₁及び6₂と平行に設け、 その一端を給電回路の形成導体３の他端（外端）に接続し、他端を同軸接栓８の 内部導体に接続してある。 同軸接栓８の内部導体及び棒状導体９が反射板５と接触するのを防ぐために、 反射板５のうち、同軸接栓８の内部導体が挿通される個所に孔隙を穿ち、必要に 応じて孔隙の周縁と同軸接栓８の内部導体の間に高周波損失の少ない絶縁体を介 在させる。

【０００７】 このように構成した本案アンテナにおいては、平行棒状導体より成る結合用支 持体6₁ないし7₂によって誘電体基板１と反射板５とが互いに適宜間隔を隔てて機 械的に結合され、誘電体基板１を介して対向する放射素子の形成導体２と接地導 体４とによってマイクロストリップアンテナが形成され、誘電体基板１を介して 対向する給電回路の形成導体３と接地導体４によってマイクロストリップ線路よ り成る給電回路が形成される。 又、平行棒状導体より成る結合用支持体6₁及び6₂と棒状導体９によって不平衡 線路が形成される。 同軸接栓８に加えられた高周波電力は、平行棒状導体6₁、6₂及び９より成る不 平衡線路及び給電回路の形成導体３より成るマイクロストリップ線路を介して放 射素子の形成導体２より成るマイクロストリップアンテナに加えられる。 マイクロストリップアンテナからの放射波は反射板５で反射されるが、接地導 体４の面積に比し反射板５の面積が大で、接地導体４の周縁と反射板５の周縁の 間の部分（開口部）における反射波は、接地導体４に遮断されることなく前方に 伝播して接地導体４と結合し、接地導体４が無給電素子として作用し、接地導体 ４から再放射が行われ、広帯域マイクロストリップアンテナとして作動すること となる。 接地導体４と反射板５の面積差を少なくするにしたがって、側方及び背面方向 への放射漏れを生ずるに到るが、この放射漏れの量を適当にして指向性の調整に 利用することが可能である。 尚、接地導体４の円周の長さを、自由空間波長のほぼ１倍以上、したがって、 耳部4₁から4₂までの接地導体４の周縁の長さ及び耳部4₂から4₁までの接地導体４ の周縁の長さを、それぞれ自由空間波長のほぼ¹/₂ 以上に選ぶことによって、耳 部4₁及び4₂における電界強度を最小にすることができるから、耳部4₁及び4₂によ って放射電界が乱されるのを抑えることができる。

【０００８】 図２は、本案アンテナの等価回路図で、C₁及びL₁は誘電体基板１を介して対向 する放射素子の形成導体２と接地導体４より成るマイクロストリップアンテナ、 即ち、不平衡平面共振回路の定数、C₂及びL₂は接地導体４が無給電素子として作 用した際における共振回路定数、Ｍは定数C₁、L₁及びC₂、L₂で表される両共振回 路間の相互インダクタンス、L_Oは給電回路における分布インダクタンス分、T_Iは 給電端子、R_Rは放射抵抗である。 誘電体基板１と反射板５との間隔を変えることによって相互インダクタンスＭ を変化させることができ、相互インダクタンスＭを適当に調整することによって 放射周波数帯域の広帯域化が可能である。

【０００９】 図１には、放射素子の形成導体２の輪郭形状を円形に形成すると共に、放射電 界方向の周縁に給電点を設け、接地導体４の輪郭形状を円形に形成すると共に、 放射磁界方向の周辺に耳部4₁及び4₂を突設し、この耳部4₁及び4₂に平行棒状導体 より成る結合用支持体6₁ないし7₂の各端部を接続し、反射板５の輪郭形状を正方 形に形成した場合を例示したが、放射素子の形成導体２の周縁のうち、放射電界 方向の縁部に給電点を設けるという条件を満足させるならば、放射素子の形成導 体２、接地導体４及び反射板５の各輪郭形状を矩形、正方形、三角形、円形又は 楕円形等任意適宜の形状に形成して本考案を実施することができ、放射素子の形 成導体２、接地導体４及び反射板５の各輪郭形状をすべて同一形状に揃えてもよ く、上記各種形状から任意適宜の形状を選択して適当に組み合わせるようにして もよい。 放射素子の形成導体２、給電回路の形成導体３及び接地導体４は、例えばフォ トエッチング法によるプリント配線手法と同様の手法によって誘電体基板１の背 面及び前面に金属薄層を付着させて形成するか、所要の輪郭形状に打ち抜いた金 属薄板を誘電体基板１の背面及び前面に適当な接着剤等を用いて固着させて形成 してもよい。 図１には、平行棒状導体6₁、6₂及び９によって不平衡線路を形成した場合を例 示したが、これに代えて従来公知の不平衡線路のうち、適宜の不平衡線路を用い ても本考案を実施することができる。 尚、放射素子の形成導体２、給電回路の形成導体３、接地導体４、反射板５及 び不平衡線路等の実施態様についての上記記載は、後述する他の実施例について も同様である。

【００１０】 図３は、本考案の他の実施例を示す正面図、図４は側面図、図５は、図４のＡ −Ａ断面図で、各図において、11は共通の誘電体基板、12₁ 及び12₂ は放射素子 の形成導体、13₁ 及び13₂ は給電回路の形成導体、14は接地導体で、共通の誘電 体基板11の前面のうち、放射素子の形成導体12₁ 及び12₂ 、給電回路の形成導体 13₁ 及び13₂ に対応する個所に設けてある。15は共通の反射板、16₁ 、16₂ 、17 ₁ 及び17₂ は平行棒状導体より成る結合用支持体、18は共通の給電端子で、例え ば同軸接栓より成る。19は共通の棒状導体である。 本実施例においては、接地導体14のうち、放射素子の形成導体12₁ 及び12₂ に 各対向するほぼ円形の部分14₁ 及び14₂ の周縁のうち、放射磁界方向の縁部に設 けた耳部14₁₁、14₁₂、14₂₁及び14₂₂を、これらの左右両側に設けた帯状の部分14 ₃ 及び14₄ に各連結させて、ほぼ円形の部分14₁ 及び14₂ 、耳部14₁₁ないし14₂₂ 、帯状の部分14₃ 及び14₄ が電気的に接続されるように形成し、接地導体14を設 けていない部分11₁ 、11₂ 及び11₃ は、共通の誘電体基板11の地肌を露出させて 開口部を形成してある。 給電回路の形成導体13₁ 及び13₂ の各一端（内端）を、放射素子の形成導体12 ₁ 及び12₂ の各周縁のうち、放射電界方向における給電点に接続し、各他端（外 端）を共通の棒状導体19の内端に接続してある。 共通の棒状導体19の外端を共通の同軸接栓18の内部導体に接続すること、平行 棒状導体より成る結合用支持体16₁ 及び16₂ が共通の誘電体基板11と共通の反射 板15とを機械的に結合すると共に、平行棒状導体より成る結合用支持体16₁ 及び 16₂ と共通の棒状導体19によって共通の不平衡線路が形成されることは前実施例 と同様である。

【００１１】 共通の同軸接栓18に加えられた高周波電力は、平行棒状導体より成る結合用支 持体16₁ 及び16₂ と共通の棒状導体19によって形成される共通の不平衡線路を介 して給電回路の形成導体13₁ 及び13₂ より成るマイクロストリップ線路に分流し 、放射素子の形成導体12₁ 及び12₂ より成るマイクロストリップアンテナを各励 振し、各マイクロストリップアンテナの放射波は共通の反射板15で反射し、共通 の反射板15からの反射波は、共通の誘電体基板11における開口部11₁ ないし11₃ を介して共通の誘電体基板11の前面に伝播して接地導体14と結合し、接地導体14 が無給電素子として作用して再放射が行われる。 本実施例は、マイクロストリップアンテナを２個放射電界方向に適宜間隔を隔 てて配設することにより、電界面における指向性の半値幅を狭くして利得の増大 を図ったものであるが、所要の指向性及び利得に応じてマイクロストリップアン テナを２個以上任意数配設して本考案を実施することができる。 図３ないし図５には、マイクロストリップアンテナを放射電界方向に配設した 場合を例示したが、放射磁界方向に適宜複数個のマイクロストリップアンテナを 適宜間隔を隔てて配設することにより、磁界面における指向性を適宜調整し、利 得を増加させることができる。 本実施例においても接地導体14₁ 及び14₂ の各円周の長さを自由空間波長のほ ぼ１倍以上に選ぶことによって、耳部14₁₁、14₁₂、14₂₁及び14₂₂によって放射電 界に乱れを生ずるおそれを抑えることができる。

【００１２】 図６もまた本考案の他の実施例を示す正面図、図７は、誘電体基板の背面を示 す図（図５に相当する図）で、両図において、12₁ ないし12₄ は放射素子の形成 導体、13₁ ないし13₄ は給電回路の形成導体、20₁ 及び20₂ は共通の給電回路の 形成導体、11₁ ないし11₆ は接地導体14を設けることなく共通の誘電体基板11の 地肌を露出させて形成した開口部で、他の符号及び構成は、図３ないし図５と同 様である。 本実施例は、マイクロストリップアンテナを放射電界方向及び放射磁界方向の 両方向に、各適宜間隔を隔てて各複数個ずつ配設することによって電界面及び磁 界面における指向性の調整及び利得の増加を図ったものである。 本実施例においても、接地導体14のうち、放射素子の形成導体12₁ ないし12₄ に各対応する部分の周縁の長さをそれぞれ自由空間波長のほぼ１倍以上に選ぶこ とによって、耳部の存在による放射電界の乱れを抑えることができる。 これは後述する図８ないし図１１に示す各実施例においても同様である。

【００１３】 図８は、本考案の他の実施例を示す正面図、図９は、誘電体基板の背面を示す 図（図５に相当する図）で、本実施例は、共通の誘電体基板11の両側における帯 状の接地導体部分（図６における14₅ 及び14₆ 部分）及びこの部分に対応する共 通の誘電体基板11及び共通の反射板（図示していない）の各両側部分を除いて全 体を小型化したもので、電界面及び磁界面における各指向性の半値幅は、図６及 び図７に示した実施例と同様である。 図８及び図９における他の符号及び構成は、図３ないし図７と同様である。

【００１４】 図１０は、本考案の他の実施例を示す正面図、図１１は、誘電体基板の背面を 示す図（図５に相当する図）で、本実施例においては、放射素子の形成導体12₁ ないし12₄ の各外周における接地導体部分を縦横方向に連続的に形成することに より、給電回路の形成導体の配設の自由度を高めることを可能にすると共に、放 射電界方向に配設したマイクロストリップアンテナ相互の結合量を改善すること を可能にしたものである。 図１０及び図１１には、共通の給電回路の形成導体20₃ 及び20₄ を放射磁界方 向に設けた場合を例示してあるが、図６ないし図９に示したように、放射電界方 向に設けてもよい。 図１０において11₁ ないし11₈ は開口部で、図１０及び図１１における他の符 号及び構成は、図３ないし図７と同様である。

【００１５】 図１２は、図１に示した本案アンテナの反射損失特性の一例を示す図で、横軸 は周波数(MHz) 、縦軸は反射減衰量(dB)で、反射減衰量が−10dBにおける比帯域 がほぼ12.7％で、従来に比し広帯域化されている。 図１３ないし図１８は、図１に示した本案アンテナの指向性の一例を示す図で 、図１における放射素子の形成導体２の中心を原点とし、図１（ａ）において原 点から下に向かう方向にＸ軸を、右に向かう方向にＹ軸を、図１（ｂ）において 左に向かう方向にＺ軸を、それぞれとってある。 各図における横軸は天頂角度(deg) 、縦軸は相対電界強度(dB)で、図１３はＺ −Ｘ面（電界面）における指向性、図１４はＺ−Ｙ面（磁界面）における指向性 を示し、使用中心周波数は820MHzである。 図１５及び図１６は、使用中心周波数が880MHzにおける指向性を示し、図１５ はＺ−Ｘ面（電界面）における指向性、図１６はＺ−Ｙ面（磁界面）における指 向性である。 図１７及び図１８の使用中心周波数は940MHzで、図１７はＺ−Ｘ面（電界面） 、図１８はＺ−Ｙ面（磁界面）における各指向性である。 図１３、図１５及び図１７に示した何れの指向性においても、使用中心周波数 における指向性の半値幅がほぼ68°、図１４、図１６及び図１８に示した何れの 指向性においても、使用中心周波数における指向性の半値幅がほぼ80°で、図１ ９に示した従来のアンテナと同様の特性を保持している。

【００１６】

【考案の効果】

本案アンテナにおいては、誘電体基板の前面に設けた接地導体と、背面に設け た放射素子の形成導体及び給電回路の形成導体によってマイクロストリップアン テナより成る放射素子及びマイクロストリップ線路より成る給電回路が形成され ると共に、誘電体基板の前面に設けた接地導体が無給電素子として作用するので 、従来のように無給電素子の支持具を必要としないから、それだけ構成を簡潔小 型にすることができ、又、棒状導体より成る結合用支持体が、誘電体基板と反射 板とを機械的に結合すると共に、給電端子と給電回路間に介在する不平衡線路の 構成素子を兼ねるので、この点からも全体の構成を簡潔小型にすることが可能で ある。 尚、誘電体基板の前面に設けた接地導体、背面に設けた放射素子の形成導体及 び給電回路の形成導体を、例えばフォトエッチング法によるプリント配線手法と 同様の手法によって誘電体基板の前面及び背面に金属薄層を付着させて形成する 場合には、全体を薄型軽量に形成することができ、又、接地導体、放射素子の形 成導体及び給電回路の形成導体の各形状寸法を所要の形状寸法に正確に一致させ ることが容易であるから、特性の揃ったアンテナを低コストで量産することがで きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の一実施例を示す図である。

【図２】本案アンテナの等価回路図である。

【図３】本考案の他の実施例を示す図である。

【図４】本考案の他の実施例を示す図である。

【図５】本考案の他の実施例を示す図である。

【図６】本考案の他の実施例を示す図である。

【図７】本考案の他の実施例を示す図である。

【図８】本考案の他の実施例を示す図である。

【図９】本考案の他の実施例を示す図である。

【図１０】本考案の他の実施例を示す図である。

【図１１】本考案の他の実施例を示す図である。

【図１２】本案アンテナの反射損失特性の一例を示す図
である。

【図１３】本案アンテナの指向性の一例を示す図であ
る。

【図１４】本案アンテナの指向性の一例を示す図であ
る。

【図１５】本案アンテナの指向性の一例を示す図であ
る。

【図１６】本案アンテナの指向性の一例を示す図であ
る。

【図１７】本案アンテナの指向性の一例を示す図であ
る。

【図１８】本案アンテナの指向性の一例を示す図であ
る。

【図１９】従来のアンテナを示す図である。

【図２０】従来のアンテナの反射損失特性を示す図であ
る。

【図２１】従来のアンテナの指向性を示す図である。

【図２２】従来のアンテナの指向性を示す図である。

【符号の説明】

１ 誘電体基板 ２ 放射素子の形成導体 ３ 給電回路の形成導体 ４ 接地導体 ５ 反射板 6₁ 結合用支持体 6₂ 結合用支持体 7₁ 結合用支持体 7₂ 結合用支持体 ８ 給電端子 ９ 棒状導体 11 共通の誘電体基板 11₁ 開口部 11₂ 開口部 11₃ 開口部 11₄ 開口部 11₅ 開口部 11₆ 開口部 11₇ 開口部 11₈ 開口部 12₁ 放射素子の形成導体 12₂ 放射素子の形成導体 12₃ 放射素子の形成導体 12₄ 放射素子の形成導体 13₁ 給電回路の形成導体 13₂ 給電回路の形成導体 13₃ 給電回路の形成導体 13₄ 給電回路の形成導体 14 接地導体 14₁₁ 耳部 14₁₂ 耳部 14₂₁ 耳部 14₂₂ 耳部 15 共通の反射板 16₁ 結合用支持体 16₂ 結合用支持体 17₁ 結合用支持体 17₂ 結合用支持体 18 共通の給電端子 19 棒状導体 20₁ 共通の給電回路の形成導体 20₂ 共通の給電回路の形成導体 20₃ 共通の給電回路の形成導体 20₄ 共通の給電回路の形成導体 21 誘電体基板 22 放射素子 23 接地導体 24 給電端子 25 給電線 26 インピ−ダンス整合素子 27 無給電素子

Claims (5)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体基板の背面に設けた放射素子の形成
   導体と、 前記誘電体基板の背面に設けられ、一端が前記放射素子
   の形成導体の周縁のうち、所要の放射電界方向の縁部に
   接続された給電回路の形成導体と、 前記誘電体基板の前面のうち、前記放射素子及び給電回
   路の各形成導体に対応する個所に設けた接地導体と、 前記誘電体基板の後方に設けた反射板と、 前記給電回路の形成導体の他端及び前記反射板に設けた
   給電端子間を接続する不平衡線路とを備えたことを特徴
   とする広帯域マイクロストリップアンテナ。
2. 【請求項２】不平衡線路が、 誘電体基板と反射板間に介装され、各一端が誘電体基板
   の前面に設けた接地導体に接続され、各他端が反射板に
   設けた給電端子の接地側に接続された２本の平行棒状導
   体と、 この２本の平行棒状導体の間において２本の平行棒状導
   体と平行に設けられ、一端が誘電体基板の背面に設けた
   給電回路の形成導体の他端に接続され、他端が反射板に
   設けた給電端子の芯線側に接続された棒状導体とより成
   る請求項１に記載の広帯域マイクロストリップアンテ
   ナ。
3. 【請求項３】放射素子の形成導体を、放射電界方向に複
   数個配設した請求項１に記載の広帯域マイクロストリッ
   プアンテナ。
4. 【請求項４】放射素子の形成導体を、放射磁界方向に複
   数個配設した請求項１に記載の広帯域マイクロストリッ
   プアンテナ。
5. 【請求項５】放射素子の形成導体を、放射電界方向と放
   射磁界方向に各複数個配設した請求項１に記載の広帯域
   マイクロストリップアンテナ。