JPH09223922A - マイクロストリップアンテナの給電構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は太い給電ピンを使用可能にして、給
電ピンと、マイクロストリップ線路との接続部分の機械
的強度を向上させ、これによって移動体に搭載しても、
断線や接触不良などが発生しないようにする。 【解決手段】 マイクロストリップ線路８の先端側に、
マイクロストリップ線路８の線路幅Ｗに対して、“３”
倍以下の半径Ｒを持つ円形パターン７を形成し、これに
対応して前記円形パターン７に形成される貫通孔１５、
この貫通孔１５に挿入される第２給電ピン１６の直径を
太くして、第２はんだ材１９によって円形パターン７と
第２給電ピン１６とを電気的、機械的にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、航空機や陸上移動
体などに搭載され、人工衛星を中継局として通信を行な
う通信システムなどで使用されるマイクロストリップア
ンテナの給電構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】航空機や陸上移動体に搭載し、人工衛星
を中継局として、通信する通信システムで使用される移
動体用アンテナ、例えばＳａｔｃｏｍシステムなど、
１．６ＧＨｚの周波数レンジで使用される移動体用アン
テナでは、小型、軽量、薄型などの特徴を有するマイク
ロストリップアンテナが最も適している。また、このよ
うな通信システムで使用される電波としては、偏波追尾
の不要な円偏波が適していることから、マイクロストリ
ップアンテナを円偏波の送受信アンテナとして動作させ
るために、９０度ハイブリッド回路を有し、これを２点
給電方式で駆動する方法が最も一般的である。

【０００３】図８はこのような通信システムで使用され
る一般的なマイクロストリップアンテナの構成例を示す
概略構成図である。この図に示すマイクロストリップア
ンテナ１０１は、所定の比誘電率、厚さを持つ誘電体材
料（例えば、比誘電率εr として約２．６の値を持つテ
フロン材）によって構成される第１誘電体基板１０２
と、この第１誘電体基板１０２の下面に貼付された導体
板によって構成される第１アース板１０３と、前記第１
誘電体基板１０２の上面に貼付された導体板をエッチン
グなどして形成される所定形状、例えば円形状、矩形
状、方形状の放射導体（励振パッチ）１０４と、所定の
比誘電率、厚さを持つ誘電体材料（例えば、比誘電率ε
r として約２．６の値を持つテフロン材）によって構成
される第２誘電体基板１０５と、この第２誘電体基板１
０５の上面に貼付された導体板によって構成される第２
アース板１０６とを備えている。

【０００４】さらに、このマイクロストリップアンテナ
１０１は、前記第２誘電体基板１０５の下面に貼付され
た導体板をエッチングなどして形成される所定形状、例
えばテープ状のマイクロストリップ線路１０７と、前記
第１アース板１０３、第２アース板１０６を接着する導
電性接着剤層１０８と、前記放射導体１０４、第１誘電
体基板１０２、第１アース板１０３、第２アース板１０
６、第２誘電体基板１０５、マイクロストリップ線路１
０７に形成された各貫通孔１０９、１１０、１１１、１
１２、１１３、１１４に挿入される第２給電ピン１１５
と、この第２給電ピン１１５の上端部分を前記放射導体
１０４の第２給電点１１６に機械的、電気的に接続する
第１はんだ材１１７と、前記第２給電ピン１１５の下端
部分を前記マイクロストリップ線路１０７の先端部分１
１８に機械的、電気的に接続する第２はんだ材１１９と
を備えている。

【０００５】このマイクロストリップアンテナ１０１を
製造するとき、次に述べる手順で製造する。まず、上下
面に導電板が貼付された誘電体基板の上面側をエッチン
グして、第１誘電体基板１０２と、第１アース板１０３
と、放射導体１０４とを作成した後、放射導体１０４の
第２給電点１１６に対応する位置に、ドリルの歯を当て
て、各貫通孔１０９、１１０、１１１を形成する。ま
た、この作業と並行して、上下面に導電板が貼付された
誘電体基板の下面側をエッチングして、第２誘電体基板
１０５と、第２アース板１０６と、マイクロストリップ
線路１０７とを作成した後、マイクロストリップ線路１
０７の先端部分１１８にドリルの歯を当てて、各貫通孔
１１２、１１３、１１４を形成する。次いで、第１、第
２アース板１０３、１０６の少なくとも一方に導電性接
着材を塗布した後、第１誘電体基板１０２に形成された
第１アース板１０３と、第２誘電体基板１０５に形成さ
れた第２アース板１０６とが対向するように、これら第
１、第２誘電体基板１０２、１０５の上下面方向を整え
るとともに、第１誘電体基板１０２側に形成された各貫
通孔１０９、１１０、１１１と、第２誘電体基板１０５
側に形成された各貫通孔１１２、１１３、１１４とが連
通するように、これら第１、第２誘電体基板１０２、１
０５の水平位置を調整して位置決めする。

【０００６】この後、これら各貫通孔１０９〜１１４に
第２給電ピン１１５を差し込み、第１はんだ材１１７で
前記第２給電ピン１１５の上端と、放電導体１０４の第
２給電点１１６とをはんだ付けして、これらを機械的、
電気的に接続するとともに、第２はんだ材１１９で前記
第２給電ピン１１５の下端と、マイクロストリップ線路
１０７の先端部分１１８とをはんだ付けして、これらを
機械的、電気的に接続して、マイクロストリップアンテ
ナ１０１を完成させた後、９０度ハイブリッド回路（図
示は省略する）の出力端子と、マイクロストリップ線路
１０７の一端とを接続する。この結果、送受信回路から
高周波信号が出力されると、これが９０度ハイブリッド
回路の一方の出力端子から出力され、マイクロストリッ
プ線路１０７、第２給電ピン１１５を介して、前記放射
導体１０４の第２給電点１１６に供給されるとともに、
前記９０度ハイブリッド回路の他方の出力端子からも前
記高周波信号が前記放射導体１０４の第１給電点（図示
は省略している）に上記と同様な経路で供給されると
き、放射導体１０４から円偏波（電波）が生成されて、
アンテナ面と垂直な方向に放射される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
マイクロストリップアンテナ１０１では、第２誘電体基
板１０５として、通常、比誘電率εr が約２．６、厚み
ｔが１ｍｍにされたテフロン基板を使用することが多
い。マイクロストリップ線路１０７のインピーダンスを
通常のアンテナと同じ、５０Ωにするためには、図９に
示す如くマイクロストリップ線路１０７の線路幅を約２
ｍｍにしなければならず、これに対応し、第２はんだ材
１１９によって第２給電ピン１１５をマイクロストリッ
プ線路１０７の先端部分１１８にはんだつけするとき、
はんだ付けスペースを確保する目的から、第２給電ピン
１１５の直径を約１ｍｍ程度にしなければならない。こ
のため、マイクロストリップアンテナ１０１を移動体に
搭載したとき、この移動体が移動する毎に発生する振動
などにより、第２給電ピン１１５と、マイクロストリッ
プ線路１０７との接続点に機械的な負荷がかかり、この
部分で断線や接触不良などが発生してしまうという問題
があった。本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので
あり、太い給電ピンを使用可能にして、給電ピンと、マ
イクロストリップ線路との接続部分の機械的強度を向上
させ、これによって移動体に搭載しても、断線や接触不
良などが発生しないようにすることができるマイクロス
トリップアンテナの給電構造を提供することを目的とし
ている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明によるマイクロストリップアンテナの給電構
造は、請求項１では、上面側に放射導体を有し、下面側
に第１アース板を有する第１誘電体基板と、上面側に第
２アース板を有し、下面側に線路パターンを有し、前記
第１誘電体基板の下面側に積層される第２誘電体基板
と、この第２誘電体基板上に形成されている前記線路パ
ターンと前記第１誘電体基板上に形成されている前記放
射導体とを貫通するように前記第２誘電体基板および前
記第１誘電体基板に形成される貫通孔と、この貫通孔に
挿入されて、前記線路パターンと前記放射導体とを電気
的、機械的に接続する給電ピンとを備えたマイクロスト
リップアンテナにおいて、前記線路パターンのうち、前
記給電ピンに接続される部分に、前記線路パターンの幅
に対し、約３倍以下の半径を持つ円形パターンを形成
し、この円形パターンの半径に応じて前記貫通孔の径、
前記給電ピンの径を太くしたことを特徴としている。

【０００９】また、請求項２では、上面側に放射導体を
有し、下面側に第１アース板を有する第１誘電体基板
と、上面側に第２アース板を有し、下面側に線路パター
ンを有し、前記第１誘電体基板の下面側に積層される第
２誘電体基板と、この第２誘電体基板上に形成されてい
る前記線路パターンと前記第１誘電体基板上に形成され
ている前記放射導体とを貫通するように前記第２誘電体
基板および前記第１誘電体基板に形成される貫通孔と、
この貫通孔に挿入されて、前記線路パターンと前記放射
導体とを電気的、機械的に接続する給電ピンとを備えた
マイクロストリップアンテナにおいて、前記線路パター
ンのうち、前記給電ピンに接続される部分に、所定の面
積を持つ多角形の形状をした幅広パターンを形成し、こ
の幅広パターンの形状に応じて前記貫通孔の径、前記給
電ピンの径を太くしたことを特徴としている。また、請
求項３では、請求項１または２に記載したマイクロスト
リップアンテナの給電構造において、下面側に第３アー
ス板を有する第３誘電体基板を前記第２誘電体基板の下
面側に積層し、前記線路パターンをストリップ線路とし
て機能させることを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】まず、本発明によるマイクロスト
リップアンテナの給電構造の詳細な説明に先だって、本
発明による給電構造の基本原理を説明する。今、マイク
ロストリップ線路の特性を考察するために、図４に示す
如く、所定の比誘電率を持ち、所定の厚みに形成された
誘電体基板１２０を使用し、この誘電体基板１２０の上
下面に貼付された導体板のうち、上面側の導体板をエッ
チングして、全体の長さが“５０ｍｍ＋Ｌ₁ ＋５０ｍ
ｍ”、線路幅が“Ｗ”で、途中に長さ“Ｌ₁ ”、幅“Ｗ
₁ ”の矩形パターン１２１を持つマイクロストリップ線
路１２２を形成したモデルを想定し、このモデルについ
て、マイクロストリップ線路に関する市販のＣＡＤを使
用し、マイクロストリップ線路１２２の特性について、
シミュレーションしてみる。このとき、このモデルにつ
いて、マイクロストリップ線路１２２の一端を観測点１
２３にし、他端をマイクロストリップアンテナに接続す
るものとし、他端をこのマイクロストリップアンテナの
インピーダンスと等価な５０Ωの抵抗値を持つ終端抵抗
１２４で終端させるものと仮定する。

【００１１】この際、マイクロストリップ線路１２２の
他端とマイクロストリップアンテナとを接続する給電ピ
ンの長さが５ｍｍ程度になることから、高周波信号の周
波数ｆが１．６ＧＨｚであると仮定すると、５ｍｍ≒
０．０２７λとなり、給電ピンの長さが波長λに比べ
て、充分に短くなり、給電ピンの長さを無視することが
できる。そして、このモデルについて、誘電体基板１２
０の厚さｈを“０．７６４ｍｍ”、マイクロストリップ
線路１２２の厚さｔを“０．０１８ｍｍ”にし、さらに
図５に示す如く誘電体基板１２０の比誘電率εr を
“２．６”にし、ＣＡＤを使用して、シミュレーション
を実行する。マイクロストリップ線路１２２の線路幅Ｗ
を、その特性インピ−ダンスが５０Ωとなる“２．０８
ｍｍ”に設定するが、観測点１２３より抵抗１２４側を
見た入力インピ−ダンスは、矩形パタ−ン１２１のため
に５０Ωよりずれて入力ＶＳＷＲ特性は劣化する。

【００１２】この入力ＶＳＷＲ特性が実用上許容できる
２以下となる矩形パタ−ン１２１の寸法をシミュレ−シ
ョンで求めると、図７の表に示す如く“Ｌ₁ ×Ｗ₁ ”を
“７．６８ｍｍ×５．９８ｍｍ”が最大寸法である。同
様に、このモデルについて、誘電体基板１２０の厚さｈ
を“０．７６４ｍｍ”、マイクロストリップ線路１２２
の厚さｔを“０．０１８ｍｍ”にし、さらに図６に示す
如く誘電体基板１２０の比誘電率εr を“１０”にし、
ＣＡＤを使用して、シミュレーションを実行すると、マ
イクロストリップ線路１２２の線路幅Ｗをその特性イン
ピ−ダンスが５０Ωとなる“０．６７９ｍｍ”にし、観
測点１２３から抵抗１２４側を見たときの入力ＶＳＷＲ
を実用上、許容することができる“２”以下にする矩形
パタ−ン１２１の最大寸法は、図７の表に示す如く矩形
パターン１２１の寸法Ｌ₁ ×Ｗ₁ を“１．０８ｍｍ×
８．０ｍｍ”にしたときである。そして、このようなマ
イクロストリップ線路１２２では、矩形パターン１２１
がその面積で規定される容量リアクタンスとして動作す
ることから、同じ面積であれば、形状が円形であって
も、多角形であっても、同じ動作をする。

【００１３】そこで、この矩形パターン１２１と同じ容
量を持つ円形パターンの半径Ｒを計算すると、図７に示
す如く誘電体基板１２０の比誘電率εr が“２．６”の
とき、半径Ｒを“３．８２ｍｍ”にしたとき、つまりマ
イクロストリップ線路１２０の線路幅Ｗと、円形パター
ンの半径Ｒとの比を“１．８４”にしたとき、入力ＶＳ
ＷＲを“２”にできることが分かった。同様に、誘電体
基板１２０の比誘電率εr が“１０”のときには、半径
Ｒを“１．６６ｍｍ”にし、マイクロストリップ線路１
２２の線路幅Ｗと、円形パターンの半径Ｒとの比を
“２．４４”にしたとき、入力ＶＳＷＲを“２”にでき
ることが分かった。これらの各シミュレーション結果か
ら、マイクロストリップ線路１２２中に円形パターンを
配置したとき、誘電体基板１２０の材料として一般的に
使用されている比誘電率εr が“１”〜“１０”の範囲
内では、マイクロストリップ線路１２２の線路幅Ｗと、
円形パターンの半径Ｒとの比を最大でも、“３”以下に
すれば、良いことが分かった。

【００１４】以下、上述した基本原理を使用した本発明
によるマイクロストリップアンテナの給電構造を図面に
示した形態例に基づいて詳細に説明する。図１は本発明
によるマイクロストリップアンテナの給電構造の一形態
例を適用したマイクロストリップアンテナの一例を示す
断面図である。この図に示すマイクロストリップアンテ
ナ１は、所定の比誘電率、厚さを持つ誘電体材料（例え
ば、比誘電率εr として約２．６の値を持つテフロン
材）によって構成される第１誘電体基板２と、この第１
誘電体基板２の下面に貼付された導体板によって構成さ
れる第１アース板３と、前記第１誘電体基板２の上面に
貼付された導体板をエッチングなどして形成される所定
形状、例えば円形状、矩形状、方形状の放射導体（励振
パッチ）４と、所定の比誘電率、厚さを持つ誘電体材料
（例えば、比誘電率εr として約２．６の値を持つテフ
ロン材）によって構成される第２誘電体基板５と、この
第２誘電体基板５の上面に貼付された導体板によって構
成される第２アース板６と、前記第２誘電体基板５の下
面に貼付された導体板をエッチングなどして形成される
所定形状、例えば図２に示すように線路幅Ｗが“約２ｍ
ｍ”にされ、その先端に、半径Ｒが“３．８２ｍｍ”の
円形パターン７が形成されたテープ状のマイクロストリ
ップ線路８とを備えている。

【００１５】さらに、このマイクロストリップアンテナ
１は、前記第１アース板３、第２アース板６を接着する
導電性接着剤層９と、直径が約６ｍｍの円柱導体によっ
て構成され、前記放射導体４、第１誘電体基板２、第１
アース板３、第２アース板６、第２誘電体基板５、円形
パターン７に形成された各貫通孔１０、１１、１２、１
３、１４、１５に挿入される第２給電ピン１６と、この
第２給電ピン１６の上端部分を前記放射導体４の第２給
電点１７に機械的、電気的に接続する第１はんだ材１８
と、前記第２給電ピン１６の下端部分を前記マイクロス
トリップ線路８の先端に形成された円形パターン７に機
械的、電気的に接続する第２はんだ材１９とを備えてい
る。このマイクロストリップアンテナ１を使用すると
き、９０度ハイブリッド回路（図示は省略する）の出力
端子の１つと、マイクロストリップアンテナ１を構成す
るマイクロストリップ線路８の入力端子２０とを接続す
る。

【００１６】この結果、送受信回路から高周波信号が出
力されると、これが９０度ハイブリッド回路の一方の出
力端子から出力され、マイクロストリップ線路８、円形
パターン７、第２給電ピン１６を介して、前記放射導体
４の第２給電点１７に供給されるとともに、前記９０度
ハイブリッド回路の他方の出力端子からも前記高周波信
号が前記放射導体４の第１給電点（図示は省略してい
る）に上記と同様な経路で供給されるとき、放射導体４
から円偏波（電波）が生成されて、アンテナ面と垂直な
方向に放射される。この際、マイクロストリップ線路８
の先端に、直径が“７．６４ｍｍ”にされた円形パター
ン７を形成して、この円形パターン７の中心に、直径が
“約６ｍｍ”にされた貫通孔１５を形成し、この貫通孔
１５に、直径が“約６ｍｍ”にされた第２給電ピン１６
を差し込み、第２はんだ材１９で、これら第２給電ピン
１６と、円形パターン７とを電気的、機械的に接続して
いるので、マイクロストリップ線路８の入力端子２０か
ら見たマイクロストリップアンテナ１のインピーダンス
を入力ＶＳＷＲ＝２程度にしながら、マイクロストリッ
プアンテナ１を移動体に搭載した場合でも、第２給電ピ
ン１６と、円形パターン７との接続部分が断線したり、
接触不良になったりしないようにすることができる。

【００１７】このように、この形態例では、マイクロス
トリップ線路８の先端側に、マイクロストリップ線路８
の線路幅Ｗに対して、“３”倍以下の半径Ｒを持つ円形
パターン７を形成し、これに対応して前記円形パターン
７に接続される第２給電ピン１６の直径を太くしたの
で、マイクロストリップ線路８の入力端子２０から第２
給電ピン１６側を見たときの入力インピーダンスとし
て、入力ＶＳＷＲを“２”にしながら、第２給電ピン１
６と、円形パターン７との接続部分の機械的強度を向上
させ、これによって移動体に搭載しても、断線や接触不
良などが発生しないようにすることができる。

【００１８】また、上述した形態例においては、マイク
ロストリップ線路８の先端側に円形パターン７を形成す
るようにしているが、図３に示す如く円形パターン７に
代えて、矩形パターン２１を形成しても、また多角形パ
ターンを形成しても良い。

【００１９】このようにしても、これら矩形パターン２
１や多角形パターンの面積が前記円形パターン７の面積
と同じであれば、上述した形態例と同様に、マイクロス
トリップ線路８の入力端子２０から第２給電ピン１６側
を見たときの入力インピーダンスとして、入力ＶＳＷＲ
を“２”にしながら、第２給電ピン１６と、矩形パター
ン２１や多角形パターンとの接続部分の機械的強度を向
上させ、これによって移動体に搭載しても、断線や接触
不良などが発生しないようにすることができる。

【００２０】また、上述した各形態例においては、給電
線路としてマイクロストリップ線路８を使用するように
しているが、下面にアース板を有する第３誘電体基板を
用意し、これを第２誘電体基板５の下面側に積層して、
前記マイクロストリップ線路８をストリップ線路として
使用するようにしても良い。このようにしても、上述し
た各形態例と同様に、ストリップ線路の入力端子から第
２給電ピン１６側を見たときの入力インピーダンスとし
て、入力ＶＳＷＲを“２”にしながら、第２給電ピン１
６と、ストリップ線路との接続部分の機械的強度を向上
させ、これによって移動体に搭載しても、断線や接触不
良などが発生しないようにすることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、請
求項１〜３では、太い給電ピンを使用可能にして、給電
ピンと、マイクロストリップ線路との接続部分の機械的
強度を向上させ、これによって移動体に搭載しても、断
線や接触不良などが発生しないようにすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるマイクロストリップアンテナの給
電構造の一形態例を適用したマイクロストリップアンテ
ナの一例を示す断面図である。

【図２】図１に示すマイクロストリップアンテナを下側
から見たときの平面図である。

【図３】本発明によるマイクロストリップアンテナの給
電構造の他の形態例を適用したマイクロストリップアン
テナの一例を示す平面図である。

【図４】本発明による給電構造の基本原理を説明する際
に使用したマイクロストリップ線路のモデル例を示す斜
視図である。

【図５】図４に示すマイクロストリップ線路を構成する
誘電体基板の比誘電率を２．６にしたときのシミュレー
ション結果を示す模式図である。

【図６】図４に示すマイクロストリップ線路を構成する
誘電体基板の比誘電率を１０にしたときのシミュレーシ
ョン結果を示す模式図である。

【図７】図４に示すマイクロストリップ線路を構成する
誘電体基板の比誘電率を２．６、１０にしたときのシミ
ュレーション結果を示す表である。

【図８】従来から知られている一般的なマイクロストリ
ップアンテナの一例を示す断面図である。

【図９】図８に示すマイクロストリップアンテナを下側
から見たときの平面図である。

【符号の説明】

１ マイクロストリップアンテナ、２ 第１誘電体基
板、３ 第１アース板、４放射導体、５ 第２誘電体基
板、６ 第２アース板、７ 円形パターン、８マイクロ
ストリップ線路、９ 導電性接着剤層、１０、１１、１
２、１３、１４、１５ 貫通孔、１６ 第２給電ピン、
１７ 第２給電点、１８ 第１はんだ材、１９ 第２は
んだ材、２０ 入力端子、２１ 矩形パターン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上面側に放射導体を有し、下面側に第１
   アース板を有する第１誘電体基板と、上面側に第２アー
   ス板を有し、下面側に線路パターンを有し、前記第１誘
   電体基板の下面側に積層される第２誘電体基板と、この
   第２誘電体基板上に形成されている前記線路パターンと
   前記第１誘電体基板上に形成されている前記放射導体と
   を貫通するように前記第２誘電体基板および前記第１誘
   電体基板に形成される貫通孔と、この貫通孔に挿入され
   て、前記線路パターンと前記放射導体とを電気的、機械
   的に接続する給電ピンとを備えたマイクロストリップア
   ンテナにおいて、 前記線路パターンのうち、前記給電ピンに接続される部
   分に、前記線路パターンの幅に対し、約３倍以下の半径
   を持つ円形パターンを形成し、この円形パターンの半径
   に応じて前記貫通孔の径、前記給電ピンの径を太くした
   ことを特徴とするマイクロストリップアンテナの給電構
   造。
2. 【請求項２】 上面側に放射導体を有し、下面側に第１
   アース板を有する第１誘電体基板と、上面側に第２アー
   ス板を有し、下面側に線路パターンを有し、前記第１誘
   電体基板の下面側に積層される第２誘電体基板と、この
   第２誘電体基板上に形成されている前記線路パターンと
   前記第１誘電体基板上に形成されている前記放射導体と
   を貫通するように前記第２誘電体基板および前記第１誘
   電体基板に形成される貫通孔と、この貫通孔に挿入され
   て、前記線路パターンと前記放射導体とを電気的、機械
   的に接続する給電ピンとを備えたマイクロストリップア
   ンテナにおいて、 前記線路パターンのうち、前記給電ピンに接続される部
   分に、所定の面積を持つ多角形の形状をした幅広パター
   ンを形成し、この幅広パターンの形状に応じて前記貫通
   孔の径、前記給電ピンの径を太くしたことを特徴とする
   マイクロストリップアンテナの給電構造。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載したマイクロス
   トリップアンテナの給電構造において、 下面側に第３アース板を有する第３誘電体基板を前記第
   ２誘電体基板の下面側に積層し、前記線路パターンをス
   トリップ線路として機能させることを特徴とするマイク
   ロストリップアンテナの給電構造。