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

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
ｍ² 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
点

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。