JPH09162629A

JPH09162629A - マイクロストリップアンテナ

Info

Publication number: JPH09162629A
Application number: JP34812995A
Authority: JP
Inventors: Sadao Ito; 貞男伊藤
Original assignee: ITEC KK
Current assignee: ITEC KK
Priority date: 1995-12-07
Filing date: 1995-12-07
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【目的】移動通信方式における無線基地局アンテナとし
て適する、構成が簡潔で、製作容易なマイクロストリッ
プアンテナを実現する。【構成】放射波長に比し薄い誘電体板の表面に、金属皮
膜をループ状回路に被着・形成した構成のアンテナ素子
において、ループ状回路の一部を変形し、他のループ状
回路等を前者のループ状回路と接近して設置しやすい様
にすると共に給電線及び整合線路を設けてある。【効果】アンテナの有する固有の特性インピーダンス、
共振波長、指向特性等にほとんど変化を与えることな
く、他のアンテナ素子を設置可能となり、複合アンテナ
の設計・製作が容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は無線通信システム用アン
テナ、特に移動通信システムの無線基地局アンテナとし
て使用するのに適するアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】移動通信システムの無線基地局アンテナ
としては各種のアンテナが使用されている。例えばわが
国の代表的な移動無線システムであるＰＨＳシステム用
として、コリニアアンテナが使用されている。その他、
ブラウンアンテナ、スリーブアンテナ等も使用されてい
る。これらのアンテナは線状アンテナと呼ばれ、線状に
形成されたアンテナ素子から電磁波が送信される形式で
現在ほとんどがこの形式である。上記のアンテナは最近
の良質でかつ安価な誘電体板の出現にともない、金属皮
膜を誘電体板の表面に被着させた形式の線状アンテナ−
通常これをマイクロストリップアンテナと呼ばれる−が
使用されている。一方、ダイポールアンテナの先端を互
いに接続して、これらのダイポールのうちの一つを中央
で給電した「折り返しダイポールアンテナ」と言うアン
テナ形式がある。一般に給電部からみてアンテナ全体が
閉じた電気回路を形成しているものはループアンテナと
呼ばれているが、「折り返しダイポールアンテナ」もこ
の範疇にはいる。「折り返しダイポールアンテナ」もア
マチュア無線や、特殊通信等で広く使用されている。し
かしながら、移動通信システムの無線基地局アンテナと
しては使用実績はない様である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】「折り返しダイポール
アンテナ」（以下ループアンテナと略称）が移動通信シ
ステムの無線基地局アンテナとして使用されていないの
は、次の理由からと思われる。高い利得を有するアンテナが得にくい。アンテナの有する形状が与えられるとその特性イン
ピーダンスが定まり、変更することが出来ない。したが
って、アンテナに給電するケーブルはケーブルの有する
特性インピーダンスがアンテナのそれと整合される様選
ばれなければならない。複数個のアンテナをなるべく近づけて配置したい場
合、上記のアンテナの有する形状がそれを困難にしてい
た。アンテナの耐候性が線状アンテナに比べて劣る。上記の事項は一言で言えば使いにくいと言う事であり、
何らかの改善が望まれていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は以上のべたルー
プアンテナ（折り返しダイポールアンテナ）の有する電
気的特性を改善するため、最近の良質でかつ安価な誘電
体板を用い、その表面に金属皮膜を円形、矩形或いはル
ープ状回路状等の形状に形成・被着させ、アンテナ素子
とすることにより、マイクロストリップアンテナ化し
た。その結果、多数のアンテナが誘電体板上に設置可能
となり、上記のの欠点が緩和されることになった。
さらに前記ループ状回路上の一部を本来の特性がほとん
ど変化しない程度に変形し、他のループ状回路等を前者
のループ状回路と接近して設置しやすい様にして、他の
アンテナ素子を設置可能としの欠点が解決されること
になった。なお、従来線状アンテナに比べ耐候性が劣る
との欠点は、使用周波数が１ＧＨｚ以上の高周波数
（したがって波長が３０ｃｍ以下）になり、アンテナ全
体が小型化可能になったことで、アンテナ全体を外部よ
り樹脂材料で覆うことにより解決可能となった。

【０００５】

【作用】本発明のアンテナにおいては、誘電体板の表面
に形成されたループ状回路上の一部を円形、矩形或いは
ループ状回路状等の形状に形成・被着させ、アンテナ素
子とし、さらに前記ループ状回路上の一部を変形した。
この変形により、本来のアンテナが有していた特性、例
えば共振周波数、特性インピーダンス等は当然影響を受
けることになる。しかしながら、この影響の度合いをほ
とんど無視可能とする変形の度合いを知ることが可能で
ある。或いは影響を無視出来ない場合はその量をあらか
じめ想定することが可能となり所望の特性を有するアン
テナを作成可能となった。

【０００６】

【実施例】図１（ａ）〜（ｅ）は本発明の一実施例を示
す平面図、すなわち、本発明のアンテナを垂直上方から
見た図である。まず図１（ａ）はループ状アンテナ回路
の基本回路を示している。図１（ａ）で１は放射される
電磁波の波長に比し薄い誘電体板、２はループ状回路を
用いたアンテナ素子、３は給電線でこの先端には整合線
路（図示せず）が設けられている。図１（ｂ）〜（ｅ）
は図１（ａ）の誘電体板１上のループ状アンテナ回路を
構成する金属皮膜の一部を変形した実施例である。図１
（ｂ）〜（ｅ）の４_１〜４_４は小ループ状に変形した部
分（小ループ回路）の平面図を示す。図１（ａ）〜
（ｅ）に示す誘電体板１を例えばガラス布基材フッ素樹
脂銅張積層板を用いて形成する場合には、印刷手法と同
様の手法によって不要の金属皮膜を除去して誘電体板１
の表面にアンテナ素子２、給電線３、ループ変形部分４
_１〜４_４を被着形成する。誘電体板１として単なる誘電
体板を用いる場合には、その表面に蒸着等の手段によっ
て銅等の皮膜を被着させることによってアンテナ素子
２、給電線３ループ変形部分４_１〜４_４を形成する。こ
れらの製作手法は、本発明アンテナのすべてに適用可能
である。

【０００７】図１（ｂ）はループ状回路を構成する金属
皮膜の上に、図の位置に小ループ状変形をした例を示
す。図１（ｃ）は図１（ｂ）に示したループ変形場所を
垂直部分へ移動させた例を示す。このような場所にルー
プ状回路を変形させても、変形が微小である限り、本来
のループ状回路の有する共振波長（共振周波数）、特性
インピーダンス、指向性等は余り変化を受けない。これ
は、後述する実測例から、ループ状回路の変形が物理的
にループ全長に比べて微小な場合には、このような変形
がされていないのと同様に、すなわち図１（ａ）と全く
同様に高周波数電流がループ状回路を流れるからと推定
される。

【０００８】しかしながら、ループ状回路の変形が大き
くなった場合の例を図１（ｄ）、図１（ｅ）に示す。図
１（ｄ）は図１（ｂ）に示したループ状回路の変形が大
きくなった例であり、また図１（ｅ）は図１（ｃ）に示
したループ状回路の変形が大きくなった例をそれぞれ示
す。このような場所にループ状回路を大きく変形させる
と、変形されたループ状回路にも高周波数電流が流れ、
本来のループ状回路の有する共振波長（共振周波数）、
特性インピーダンス、指向性等に変化を及ぼすことにな
る。

【０００９】以下、本発明アンテナを試作し、その有す
る特性を測定した結果を説明する。図１（ａ）に示すル
ープ状回路を用いたアンテナ素子の実際の寸法は横（誘
電体板の長手方向）５．１ｃｍ，縦２．９ｃｍ（いずれ
も外部周辺長）、幅０．２ｃｍであり、金属皮膜の厚さ
は標準値が０．０３ｃｍである。理論的計算ではループ
アンテナの有する特性インピーダンスは約５０オーム、
共振波長（共振周波数）は約１３．６ｃｍ，（約２．３
ＧＨｚ）程度と推定される。図２（ａ）はループ状アン
テナ素子が本来有していたアンテナの定在波比を示して
いる。すなわち誘電体板の表面に形成されたループ状マ
イクロストリップアンテナがあり、その金属皮膜上には
何の変形回路も存在しない場合の本来の定在波比（ＳＷ
Ｒ）特性を示す。ここで言う定在波比とはアンテナ給電
端子点における入力波と反射波の比を示す。また、この
アンテナへの給電線の有する特性インピーダンスは５０
オームである。図２（ａ）でマーカ１〜３はそれぞれ周
波数１．９ＧＨｚ，２．３０６５ＧＨｚ及び１．７ＧＨ
ｚの時の定在波比の測定結果を示しており、その値は同
図右上に記されているように、それぞれ５．７３８、
１．２０６５及び、６．４６５６である。また、マーカ
２はこのループ状マイクロストリップアンテナの共振周
波数を示している。

【００１０】以下、上記寸法を有するループ状回路を用
い、その回路上に図１（ｂ）〜（ｄ）の変形を行った場
合の測定結果を説明する。図２（ｂ）は図１（ｂ）に対
応する変形を行った場合のマイクロストリップアンテナ
の定在波比特性を示す。実際の小ループ４_１の寸法は高
さ（上下方向）７ｍｍ，幅（横方向）５ｍｍであった。
図２（ｂ）の結果から、図１（ａ）の共振波長は小ルー
プ４_１の影響をほとんど受けないことがわかる。すなわ
ち、全ループ長は１４ｍｍ増加しているのに、共振周波
数は図１（ａ）の２．３０６５ＧＨｚから２．２６６２
ＧＨｚとわずか０．０４ＧＨｚしか変化していないこと
がわかる。次に、図２（ｃ）は図１（ｃ）に対応する変
形を行った場合のマイクロストリップアンテナの定在波
比特性を示す。実際の小ループ４_２の寸法は高さ（上下
方向）５ｍｍ，幅（横方向）８ｍｍであった。図２
（ｃ）の結果も、図１（ａ）の共振波長は小ループ４_２
の影響をほとんど受けないことがわかる。すなわち、全
ループ長は１６ｍｍ増加しているのに、共振周波数は図
１（ａ）の２．３０６５ＧＨｚから２．２８２５ＧＨと
わずか０．０２４ＧＨｚしか変化していないことがわか
る。

【００１１】さらに、やや大きな変形を行った場合の実
測例を説明する。図２（ｄ）は図１（ｄ）に対応する変
形を行った場合のマイクロストリップアンテナの定在波
比特性を示す。実際の小ループ４_３の寸法は高さ２０ｍ
ｍ，幅６ｍｍであった。図２（ｄ）の結果から、図１
（ａ）の共振波長は小ループ４_３の影響を受け、周波数
の低い方へ移動していることがわかる。これは小ループ
４_３にも波が乗った影響と考えられる。理論的に説明す
ると、ループ長が４０ｍｍ増加し全ループ長が３０％程
度増加した結果、共振周波数は３０％程度低い周波数へ
変化するはずであるが、実測結果では図１（ａ）の２．
３０６５ＧＨｚから１．９５ＧＨｚあたりへと０．３６
ＧＨｚ（１６％）程度変化していることがわかる。した
がって、一部図２（ｃ）の影響を残していることにな
る。また、図２（ｅ）は図１（ｅ）に対応する変形を行
った場合のマイクロストリップアンテナの定在波比特性
を示す。実際の小ループ４_４の寸法は高さ（上下方向）
６ｍｍ，幅（横方向）２０ｍｍであった。図２（ｅ）の
結果から、図１（ａ）の共振波長は小ループ４_４の影響
を受け、マーカ２で示す周波数１．９８７４ＧＨｚへと
周波数の低い方へ移動していることがわかる。これは小
ループ４_４にも波が乗った影響と考えられ図２（ｄ）の
結果と同様の現象と考えられる。

【００１２】以上説明した小ループ４_１〜４_４の利用法
を図３を用いて説明する。図３は２個のループアンテナ
を互いに直交させて構成した小形複合アンテナの１例で
ある。これは無指向性の特性を有するアンテナを得たい
場合に使用される。図３でアンテナ５とアンテナ６と
は、アンテナ５の小ループ４_５を除いては全く同一の物
理的寸法を有するものとする。このような２個のアンテ
ナを用いて無指向性を持たせ、可能な限り小形化を図る
には図３の様に互いに直交させ、かつアンテナ６をアン
テナ５のループ内を貫いて構成することで実現が可能と
なる。また、小ループ４_１〜４_４の物理的寸法が全ルー
プ長に比べて無視出来ない場合は、アンテナの有する電
気的特性を小ループ含めて設計することにより、図３に
示したのと同様に２つのループアンテナの有する電気的
特性を同一にすることが可能であり、良好な無指向性の
特性を有するアンテナが作成可能となる。

【００１３】

【発明の効果】本発明アンテナはアンテナ固有の特性イ
ンピーダンスや共振周波数の変化を可能な限り少なく
し、かつ複数のアンテナを互いに近づけて構成すること
が可能となるから、小形アンテナを実現したい場合に有
効な方法を提供することになるので本発明の効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す図である。

【図２】本発明アンテナの諸特性を示す図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１誘電体板２アンテナ素子３給電線４_１〜４_５小ループ回路５アンテナ素子６アンテナ素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】放射波長に比し薄い誘電体板の表面に金
属皮膜をループ状回路に被着・形成した構成のアンテナ
素子において、前記アンテナ素子の有する電気的特性に
ほとんど変化を与えない程度にループ状回路の一部を変
形した形状を有するマイクロストリップアンテナ。
【請求項２】放射波長に比し薄い誘電体板の表面に金
属皮膜をループ状回路に被着・形成した構成のアンテナ
素子において、前記ループ状回路の一部を変形し、他の
ループ状回路に被着・形成した構成のアンテナ素子を前
記のアンテナ素子と互いに直交する様に配置したマイク
ロストリップアンテナ。