JPH1188016A - トリプレート型平面アンテナ - Google Patents

トリプレート型平面アンテナ

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JPH1188016A
JPH1188016A JP9241399A JP24139997A JPH1188016A JP H1188016 A JPH1188016 A JP H1188016A JP 9241399 A JP9241399 A JP 9241399A JP 24139997 A JP24139997 A JP 24139997A JP H1188016 A JPH1188016 A JP H1188016A
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JP
Japan
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line
power supply
coaxial
planar antenna
antenna
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JP9241399A
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English (en)
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Keiichi Natsuhara
啓一 夏原
Tamotsu Suda
保 須田
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Japan Radio Co Ltd
Original Assignee
Japan Radio Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】ストリップラインよりなる給電回路から電力が
供給される複数の放射素子が形成されたアンテナ回路基
板に対して、同軸線路から給電回路のストリップライン
への給電のための接続部が、同軸−ストリップライン変
換器を構成するようにされたトリプレート型平面アンテ
ナにおいて、同軸線路と給電回路のストリップラインと
の間のインピーダンス変換に係わるリターンロスの周波
数特性を広帯域化する。 【解決手段】同軸線路8が給電回路5Aのストリップラ
イン13の中央部に直接的に接続されるようにする。こ
れにより、給電部22Aの構成が簡単になって、インピ
ーダンス変成器部分が極小となり、インピーダンスの不
連続部分がほとんどなくなる。したがって、同軸−スト
リップライン変換器におけるリターンロスの周波数特性
を広帯域にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、マイクロ波帯、
ミリ波帯における電波の送受信装置に適用して好適なト
リプレート型平面アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】図12は、一般的なトリプレート型平面
アンテナ20の分解斜視構成を示している。
【0003】トリプレート型平面アンテナ20は、地導
体1、アンテナ回路基板3およびスロット板4の3つの
導体層を有し、地導体1とアンテナ回路基板3との間、
およびアンテナ回路基板3とスロット板4との間に、そ
れぞれ誘電体2a、2bからなる誘電体層が挿入され
た、5層のサンドイッチ構造とされている。
【0004】アンテナ回路基板3には、複数の四角形平
板状の放射素子6が形成され、この放射素子6に、スト
リップラインよりなる給電回路5から電力が供給され
る。スロット板4には、放射素子6の形状および形成位
置に対応した位置に四角形状のスロット7が形成されて
いる。放射素子6から放射される電波がスロット7を通
じて外部に放射され、また、スロット7を通じて入射し
た電波が放射素子6で取り込まれるようになっている。
なお、以下の説明においては、繁雑となるので、送信ア
ンテナとしてのトリプレート型平面アンテナについての
み説明する。
【0005】給電回路5の入力部である給電部は、給電
回路5における線路損失(挿入損失)を少なくするた
め、一般的には、平面アンテナ20の中央部付近に設け
られている(図12には現れていない。)。
【0006】図13は、従来技術に係る給電部22の縦
断面構造を示している。
【0007】図14は、図13の給電部22のA−A線
断面構成を示している。
【0008】図15は、図14のA−A線断面構成を含
むアンテナ回路基板3の平面構成を示している。
【0009】図13〜図15に示すように、トリプレー
ト型平面アンテナ20に電力を供給するための同軸線路
8が、トリプレート型平面アンテナ20の背面側から一
体的に接続されている。なお、同軸線路8としては、5
0オームの同軸コネクタであるSMAコネクタを用いて
いる。給電部22においては、ストリップライン13で
構成された給電回路5の端部が給電点24として同軸線
路8の内部導体9に半田14により接続される一方、そ
の同軸線路8を取り囲むように地導体1とスロット板4
とを短絡する金属ブロック10(図16参照)が配され
ている。
【0010】この場合、例えば、10GHz帯以上の周
波数では、給電回路5のストリップライン13の線路幅
を細くするために、一般には、100オーム以上の特性
インピーダンスを有するストリップラインが使用され
る。同軸線路8の特性インピーダンスは50オームであ
るため、図14に示すように、給電回路5と同軸線路8
との間の整合をとるために、両者間に、同軸−ストリッ
プライン変換器としてのインピーダンス変成器11を構
成する部分が形成され、挿入されている。また、図14
に示すように、給電部22には、給電点24からインピ
ーダンス変成器11、および給電回路5を通じて供給さ
れた電力を、アンテナ回路基板3に形成された放射素子
6の両側に分配するためにT分岐12が形成されている
(図15をも参照)。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術に係る給電部22を有するトリプレート型平面ア
ンテナ20では、インピーダンス変成器11の部分が存
在することから、その周波数特性を原因として、同軸−
ストリップライン変換器のリターンロスの周波数特性が
狭帯域になってしまうという問題があった。
【0012】そして、リターンロスの周波数特性が狭帯
域になってしまうことから、給電点24での接続のため
の半田14等の加工精度が要求され、結果として、加工
誤差の許容範囲が狭くなり、製品としての歩留りが悪く
なるという問題が発生していた。
【0013】この発明はこのような課題を考慮してなさ
れたものであり、リターンロスの周波数特性が広帯域な
範囲で減少する特性を有するトリプレート型平面アンテ
ナを提供することを目的とする。
【0014】また、この発明は、給電点での加工誤差の
許容範囲が広くなり、製品としての歩留りを向上するこ
とを可能とするトリプレート型平面アンテナを提供する
ことを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】この発明は、例えば、図
1、図2および図12に示すように、ストリップライン
13よりなる給電回路5Aから電力が供給される複数の
放射素子6が形成されたアンテナ回路基板3Aに対し
て、同軸線路8から給電回路5Aのストリップライン1
3への給電のための接続部(22A)が、同軸−ストリ
ップライン変換器を構成するようにされたトリプレート
型平面アンテナ20Aにおいて、同軸線路8が給電回路
5Aのストリップライン13の中央部(24A)に直接
的に接続されるようにしたことを特徴とする。
【0016】この発明によれば、同軸線路から給電回路
への給電のための接続部における同軸−ストリップライ
ン変換器部分において、前記同軸線路が前記給電回路の
ストリップラインの中央部に直接的に接続されるように
している。
【0017】このため、給電部の構成が簡単になって、
インピーダンス変成器部分が極小となり、インピーダン
スの不連続部分をほとんどなくすことができる。これに
より、同軸−ストリップライン変換器におけるリターン
ロスの周波数特性を広帯域にすることができる。また、
給電部の占有面積も減少する。
【0018】同軸−ストリップライン変換器に接続され
る同軸線路の特性インピーダンスを約50オームとし、
ストリップラインの特性インピーダンスを約100オー
ムとした場合、理論的には、インピーダンス変成器部分
はなくなる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施の形態に
ついて図面を参照して説明する。なお、以下に参照する
図面において、上記図12〜図16に示したものと対応
するものには同一の符号または同一の符号の末尾に
「A」を付けてその詳細な説明は省略する。また、類似
した図面を繰り返して掲載する繁雑さを避けるために、
必要に応じて上記図12〜図16をも参照して説明す
る。
【0020】図12は、この発明の一実施の形態が適用
されたトリプレート型平面アンテナ20Aの分解斜視構
成を示している。
【0021】トリプレート型平面アンテナ20Aは、地
導体1、アンテナ回路基板3Aおよびスロット板4の3
つの導体層を有し、地導体1とアンテナ回路基板3Aと
の間、およびアンテナ回路基板3Aとスロット板4との
間に、それぞれ誘電体2a、2bからなる誘電体層が挿
入された、5層のサンドイッチ構造とされている。
【0022】この場合、アンテナ回路基板3Aには、複
数の四角形平板状の放射素子6が形成され、この放射素
子6に、ストリップラインよりなる給電回路5Aから電
力が供給される。スロット板4には、放射素子6の形状
および形成位置に対応した位置に四角形状のスロット
(開口)7が形成されている。放射素子6から放射され
る電波がスロット7を通じて外部に放射され、また、ス
ロット7を通じて入射した電波が放射素子6で取り込ま
れるようになっている。なお、以下の説明においては、
繁雑となるので、送信アンテナとしてのトリプレート型
平面アンテナについてのみ説明する。
【0023】トリプレート型平面アンテナ20Aの各構
成要素の相互関係についてさらに詳しく説明すると、ト
リプレート型平面アンテナ20Aは、面状(四角形平板
状)の地導体1と、この地導体1の面上に重ねて配され
る第1の誘電体2aの層と、この第1の誘電体2aの層
上に重ねて配され、ストリップラインよりなる給電回路
5Aとこの給電回路5Aに接続される放射素子6とが形
成されたアンテナ回路基板3Aと、このアンテナ回路基
板3A上に重ねて配される第2の誘電体2bの層と、こ
の第2の誘電体2bの層上に重ねて配され、放射素子6
の直上部分に電波放射のためのスロット7が形成された
スロット板4と、アンテナ回路基板3A上の給電回路5
Aに外部より電力を給電するために、給電回路5Aに地
導体1側から地導体1および第1の誘電体2aの層を貫
通して電気的に接続される後述する同軸線路とを備えて
いる。
【0024】給電回路5Aの入力部である後述する給電
部は、給電回路5Aにおける線路損失(挿入損失)を少
なくするため、トリプレート型平面アンテナ20Aの中
央部付近に設けられている。
【0025】図1は、この実施の形態に係る給電部22
Aの縦断面構造を示している。
【0026】図2は、図1の給電部22のB−B線断面
構成を示している。
【0027】図3は、図2のB−B線断面構成を含むア
ンテナ回路基板3Aの平面構成を示している。
【0028】図1に示すように、トリプレート型平面ア
ンテナ20Aに電力を供給するための同軸線路8が、ト
リプレート型平面アンテナ20Aの背面側から一体的に
接続されている。なお、この実施の形態において、同軸
線路8としては、50オームの同軸コネクタであるSM
Aコネクタを用いている。この場合、後述するように、
アンテナ回路基板3Aはフレキシブルプリント配線基板
等で構成されていることから、たわみを防止するため
に、同軸コネクタの誘電体(一般的には、ポリテトラフ
ルオロエチレンが用いられている。)8Aを、誘電体2
bまで延ばして、アンテナ回路基板3A全体を支持する
ようにしている。なお、後述するように、誘電体2a、
2bは熱に弱い材質を使用しているために、同軸線路8
とアンテナ回路基板3Aを半田付けする際に溶けてしま
う。そのため、同軸コネクタの誘電体8Aでアンテナ回
路基板3Aを支持する構成としている。
【0029】図1〜図3、図12に示すように、給電部
22Aにおいては、給電回路5Aを構成するストリップ
ライン13の中央部に、同軸線路8がトリプレート型平
面アンテナ20Aの背面側から接続されている。この場
合、給電部22Aでは、ストリップライン13の中央部
が給電点24Aとして同軸線路8の内部導体9に半田1
4Aにより接続される一方、その同軸線路8の両側に、
地導体1とスロット板4とを短絡する金属ブロック10
A(図4参照)が配されている。
【0030】金属ブロック10Aは、地導体1とスロッ
ト板4とを短絡して等電位とするので、不要モードを抑
圧する役目を果たしている。なお、金属ブロック10A
に代替してスルーホールとすることもできる。
【0031】図2に示すように、2つの金属ブロック1
0Aにより挟まれた同軸線路8以外の部分が、インピー
ダンス変成器11A部分を構成する。このインピーダン
ス変成器11Aは、同軸線路8側から給電回路5A(ス
トリップライン13)側をみたインピーダンスが、正確
に同軸線路8の50オームの特性インピーダンスと一致
するようにするための微調整部分となる。すなわち、こ
のインピーダンス変成器11A部分における給電回路5
Aの幅、長さ、および2つの金属ブロック10A間の距
離を適切に微調整することにより完全な整合をとること
ができる。
【0032】このように、100オームの特性インピー
ダンスを有するストリップライン13の中央部で、50
オームの同軸線路8に直接的に接続した場合、同軸線路
8から見たストリップライン13のインピーダンスは、
2本の100オーム線路が並列に接続されているのとほ
ほ同じことになり、50オームになる。したがって、給
電回路5Aと同軸線路8との間のインピーダンスの不連
続がほとんどなくなる。結果として、従来の給電部22
の構造では必須であったT分岐12(図14参照)が不
要となるため、従来例に比較して給電部分の占有面積も
小さくなる。そのため、従来例よりも放射素子6の間隔
を狭くすることができ、トリプレート型平面アンテナを
全体として小型軽量にすることができる。
【0033】実際に、このトリプレート型平面アンテナ
22Aが適用される、例えば、携帯無線機等では、1m
2 単位、1mg単位での小型軽量化が重要である。
【0034】次に、この実施の形態のさらに具体的な効
果について、従来例と比較して説明する。
【0035】図5に、この実施の形態の給電部22Aの
部分と従来例に係る給電部22の部分のリターンロスの
比較特性を示す。
【0036】従来例の給電部22では、同軸線路8の5
0オームの特性インピーダンスからストリップライン1
3の100オームの特性インピーダンスに変換するため
に、約70オームのインピーダンス変成器11(図14
参照)が接続されている。このため、給電部22でのイ
ンピーダンスの不連続部分が大きく、リターンロスが−
20dB以下の帯域幅は、約4.3GHzと狭くなって
いる。
【0037】これに対して、この実施の形態の給電部2
2Aでは、インピーダンス変成器11A(図2参照)と
その両側のストリップライン13(給電回路5A)の間
の特性インピーダンスの違いが非常に小さいため、リタ
ーンロスが−20dB以下の帯域幅が、9GHz以上に
広がっており、従来例に比較して相当に広帯域の特性を
有していることが分かる。
【0038】図6および図7に、必要帯域幅を12.2
5GHz〜14.50GHzで最適設計した場合の具体
的な寸法例での、この実施の形態に係る給電部22Aの
横断面構造および縦断面構造をそれぞれ示す。図8に、
図6例、図7例の場合の半田付け時の半田14Aの盛り
高さh(図7参照)に対するリターンロス特性の劣化度
合いを示す特性を示している。
【0039】図9および図10に、必要帯域幅を12.
25GHz〜14.50GHzで最適設計した場合の具
体的な寸法例での、従来技術に係る給電部22の横断面
構造および縦断面構造をそれぞれ示す。図11に、図9
例、図10例の場合の半田付け時の半田14の盛り高さ
h(図10参照)に対するリターンロス特性の劣化度合
いを示す特性を示している。
【0040】なお、トリプレート型平面アンテナ20、
20Aの地導体1とスロット板4の間隔は4mmであ
り、半田14、14Aの直径はφ1.8mmである。ま
た、アンテナ回路基板3(3A)は、25μm程度の厚
みを持つポリイミドフイルムまたはポリエステルフイル
ムに35μm程度の厚みを持つ銅箔またはアルミニウム
箔を張り合わせたフレキシブル基板を用いている。アン
テナ回路基板3(3A)と誘電体2a、2bとは、ねじ
止めによる圧着により接続されるようにしている。誘電
体2a、2bは、発泡ポリエチレン等の低誘電率の発泡
樹脂材料を用いている。地導体1、スロット板4、金属
ブロック10(10A)は、導電率が高く軽量な金属で
ある、アルミニウムを用いている。
【0041】図11から理解されるように、従来技術に
係るトリプレート型平面アンテナ20の給電部22にお
ける半田14の盛り高さhは、リターンロスを満足する
必要帯域幅BWの範囲で、0.2mmまでしか許容され
ないのに対し、図8から理解されるように、この実施の
形態に係るトリプレート型平面アンテナ20Aの給電部
22Aにおける半田14Aの盛り高さhは、その広帯域
性から0.4mmまで許容され、加工誤差の許容範囲が
2倍に拡大されている。
【0042】なお、この発明は、上述の実施の形態に限
らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成
を採り得ることはもちろんである。
【0043】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、同軸線路が給電回路のストリップラインの中央部に
直接的に接続されるようにしているので、インピーダン
ス変成器部分をほとんどなくすことができる。このた
め、同軸−ストリップライン変換器におけるリターンロ
スの周波数特性を広帯域で減少する特性にすることがで
きるという効果が達成される。
【0044】リターンロスの周波数特性の許容範囲内で
の加工誤差を大きくとることが可能となり、製品として
の歩留りをよくすることができるという効果も達成され
る。
【0045】結果として、給電部の占有面積を少なくす
ることができ、小型のトリプレート型平面アンテナを作
成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この実施の形態に係る給電部の縦断面構造を示
す断面図である。
【図2】図1の給電部のB−B線断面構成を示す断面図
である。
【図3】図2のB−B線断面構成を含むアンテナ回路基
板の平面構成を示す平面図である。
【図4】この実施の形態に係る金属ブロックの構成を示
す斜視図である。
【図5】この実施の形態の給電部の部分と従来技術に係
る給電部の部分のリターンロスの比較を示す特性図であ
る。
【図6】具体的寸法例でのこの実施の形態に係る給電部
の構造を示す横断面図である。
【図7】具体的寸法例でのこの実施の形態に係る給電部
の構造を示す縦断面図である。
【図8】図6例、図7例の場合の半田付け時の半田の盛
り高さに対するリターンロス特性の劣化度合いを示す特
性図である。
【図9】具体的寸法例での従来技術に係る給電部の構造
を示す横断面図である。
【図10】具体的寸法例での従来技術に係る給電部の構
造を示す縦断面図である。
【図11】図9例、図10例の場合の半田付け時の半田
の盛り高さに対するリターンロス特性の劣化度合いを示
す特性図である。
【図12】一般的なトリプレート型平面アンテナの構成
を示す分解斜視図である。
【図13】従来技術に係る給電部の縦断面構造を示す断
面図である。
【図14】図13の給電部のA−A線断面構成を示す断
面図である。
【図15】図14のA−A線断面構成を含むアンテナ回
路基板の平面構成を示す平面図である。
【図16】従来技術に係る金属ブロックの構成を示す斜
視図である。
【符号の説明】
1…地導体 2a、2b…誘電体 3、3A…アンテナ回路基板 4…スロット板 5、5A…給電回路 6…放射素子 7…スロット 8…同軸線路 8A…同軸コネクタの誘電体 9…内部導体 10、10A…金属ブロック 11、11A…イン
ピーダンス変成器 12…T分岐 13…ストリップラ
イン 14、14A…半田 20、20A…トリプレート型平面アンテナ 22、22A…給電部 24、24A…給電

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ストリップラインよりなる給電回路から電
    力が供給される複数の放射素子が形成されたアンテナ回
    路基板に対して、同軸線路から前記給電回路のストリッ
    プラインへの給電のための接続部が、同軸−ストリップ
    ライン変換器を構成するようにされたトリプレート型平
    面アンテナにおいて、 前記同軸線路が前記給電回路のストリップラインの中央
    部に直接的に接続されるようにしたことを特徴とするト
    リプレート型平面アンテナ。
  2. 【請求項2】請求項1記載のトリプレート型平面アンテ
    ナにおいて、前記同軸−ストリップライン変換器に接続
    される前記同軸線路の特性インピーダンスが約50オー
    ムであり、前記ストリップラインの特性インピーダンス
    が約100オームであることを特徴とするトリプレート
    型平面アンテナ。
JP9241399A 1997-09-05 1997-09-05 トリプレート型平面アンテナ Pending JPH1188016A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7196909B2 (en) 2003-02-04 2007-03-27 Sumitomo Electric Industries, Ltd. AC coupling circuit having a large capacitance and a good frequency response
JP2013175845A (ja) * 2012-02-24 2013-09-05 Shimadzu Corp 信号伝送回路
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JP2018182433A (ja) * 2017-04-06 2018-11-15 日本無線株式会社 トリプレート型平面アンテナ

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