JPS60130903A - マイクロストリツプアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明はマイクロストリップアンテナに関する。

〔発明の技術的背景〕

マイクロストリップアンテナは構造的に薄形。

軽量であり、またプリント回路基板の製造方法によシ容
易に製造できるという特長を有する。

この為、アンテナ単体として使われる他に、アレイアン
テナの放射素子としてもよく使われる。

第１図は従来のマイクロストリップアンテナの正面図で
あシ、第２図は側面図である。図に於いて、１１はマイ
クロ波帯で使用可能な低損失の誘電体基板であり、１２
はこの基板１１の前面側にプリント回路基板の製造方法
によ多形成されたマイクロストリップアンテナのアンチ
ナノぐターンである。図では、円形のパターンを示すが
、四角形、楕円形、三角形等さまざまに形状のものがあ
る。１３は基板１１の押え板で、一般にアルミニウム等
の金属で形成されている。

このようなマイクロストリップアンテナに於いては、パ
ターン１２の寸法や給電点１４の位置を適宜設定するこ
とによシ、インピーダンスの整合がとられる。しかしな
がら、構造上、基板１１に厚さがある為、給電の為のピ
ン１５がリアクタンス性成分を持ってしまい、上記寸法
や位置の設定だけでは、アンテナの共振点で整合がとれ
なくなって使用できる周波数範囲が狭くなったり、整合
が全くとれなくなるという問題が生じる。

そこで、従来は、押え板１３の背面側に基板１６を取り
付け、この基板１６に例えばプリント回路基板の製造方
法によジインピーダンス整合回路用のノ千ターフ１７を
形成することにより、上記リアクタンス性成分を除去し
てインピーダンスの整合をとるようにしていた。

〔背景技術の問題点〕

このように基板１１に沿って平面的にインピーダンス整
合回路を構成する場合、マイクロストリップアンテナを
アンテナ単体で使用する場合や送イ♂信号の周波数が比
較的低く、狭角度（±２０°程度以下）でビーム走査を
行なうアレイアンテナの放射素子として使う場合は、上
記インピーダンス整合回路を形成する為のスペースを十
分確保することができるので問題はない。

しかしながら、マイクロストリップアンテナを、送信信
号の周波数が高＜　（５ＧＨ２程度以上）、広角度にビ
ーム走査を行なうアレイアンテナの放射素子として使う
場合は、個々の放射素子の寸法が小さく、かつ隣り合う
放射素子間の間隔も小さいので、インピーダンス製合回
路を形成する為のスペースを確保することができなくな
るという問題がある。

〔発明の目的〕

この発明は上記の事情に対処すべくなされたもので、ア
レイアンテナの放射素子として使われる場合のように、
割シ当てられる占有面積が小さいような場合でも、確実
にインピーダンス整合をとることができるマイクロスト
リップアンテナを提供することを目的とする。

〔発明の概髪〕

この発明は、前面にアンチナノ９ターンが形成された基
板の背面側に対して給電線が同軸的に貫挿せしめられる
ような貫通孔を有する金属製のインピーダンス整合部材
を設け、前記貫通孔と前記給電線との重々９部分に形成
される同軸線路がインピーダンス整合回路として作用す
るように、前記貫通孔の内径とその軸方向の長さを設定
するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照してこの発明の実施例を詳細に説明す
る。なお、以下の説明では、この発明のマイクロストリ
ップアンテナによってアレイアンテナを形成した場合の
図面を参照してこの発明を説明する。

第３図は一実施例のアンテナを前面側（電波放射側）よ
シみた正面図であシ、第４図は側面図であり、第５図は
背面側よシみた正面図である。図に於いて、２１はマイ
クロ波帯で使用可能な低損失の誘電体基板である。この
基板２１の画面には例えばプリント回路基板の製造方法
によシ、複数のアンテナ／母ターン２２が形成されてい
る。各アンテナパターン２２の形状としては、円形、楕
円形、三角形など種々様々考えられるが、図には円形の
場合を代表としてαす。

基板２１の背面には、この基板２１の強度を補強する為
の押え板２３が取シ付けられている。

この押え板２３はアルミニニームなどの金属によって形
成されている。２４はアンテナパターン２２に給電する
為の給電ピンである。この給電ビン２４の一端はアンチ
ナノ’？ターン２２の給電点ａに接続され、他端は押え
板２３に形成された貫通孔２５を介して基板２１に垂直
に、かり電波放射方向とは反対方向に延在し、コネクタ
２６を介して外部回路（図示せず）に接続されている。

押え板２３に形成される貫通孔２５は例えば円形をして
おシ、給電ピン２４を同軸的に貫挿せしめる。この実施
例は、この貫通孔２５の直径りと軸方向の長さｔ（図示
の場合、押え板２３の厚みに相当する）の値を適宜設定
することによシ、貫通孔２５と給電ピン２４０重な多部
分に形成される同軸線路がインピーダンス整合回路とし
て動くようにしたものである。

ここで、貫通孔２５の直径りと長さｔの決め方を第６図
のインピーダンス等価回路を用いて説明する。泥６図に
於いて、ｚ＆は基板２１の背面側よルアンテナパターン
２２側をみた入力インピーダンスである。この入力イン
ピーダンス２　け理診式あるいは実測によ請求めること
ができる。また・１、この入力インピーダンスｚ１１イ
ンピーダンス不整合の原因の１つである基板２１の厚み
による給電ビシ２４のリアクタンス性成分も含む。Ｚｌ
は上述した同軸ね路によるインピーダンス整合回路の特
性インピーダンスであり、貫通孔２５の直径りや給電ピ
ン２４の直径及び貫通孔内の比誘電率によって大きさが
決まる。ｚｂは押え板２３の入力側よりアンテナパター
ン２２側をみたインピーダンス、つまシ、アンテナの入
力インピーダンスである。アンテナのインピーダンス読
合をとる場合、この入力インピーダンス２．が外部回路
の特性インピーダンスＺ、（抵抗性成分から成る）と等
しくなるように、特性インピーダンスｚ１及び長さｔが
決定される。すなわち、上記インピーダンス整合回路は
アンテナの入力インピーダンス２．のりアクタンス性成
分をＯＫするとともに、その抵抗性成分を特性インピー
ダンス２Ｏに合わせるように、そのインピーダンスＺｓ
及び長さｔが決定される。

前記入力インピーダンスｚ１の抵抗性成分をａ１リアク
タンス性成分をｂとすると、貫通孔２５の直径り、長さ
ｔは次式（１）　＃　（２）に従って決定される。

但し、ｄは給電用ピン２４の直径であＪ）、’ｒは貫通
孔２５内の比誘電率である。また、Ｚｌは式（４）の制
約条件下で成立する次式（３）を満足する。

ａ（Ｚｏ　−ａ））ｂ意　・（４） 今、送信信号の周波数が１０　ＧＨｚで、ｚ＝４１＋ｊ
１７（Ω）であるとすると、直径り及び長さｔは式（１
）　＃　（２）に従って、Ｄ＝１．２ｆｆｉｌｌφ。

ｔ　＝　１．０園となる。そして、このようなインピー
ダンス整合回路を付加すると、定在波比（ｖＳｗＲ）が
１．５以下と々る周波数帯域は付加しない場合に比べ約
２．３倍となる。

以上詳述したようにこの実施例によれば、インピーダン
ス整合回路が基板２１の背面側でかつこの基板２１に略
垂直に延在する同軸綜路によって形成される。したがっ
て、基板面に対するインピーダンス整合回路の占有■１
積が小さく、マイクロストリップアンテナを高い周波数
帯で、広角度にビーム走査するよりなアレイアンテナの
放射素子に用いた場合でも、限られたスペース内で確笑
にインピーダンス整合回路を形成することができる。

第７図乃至第９図はこの発明の他の実施例を示すもので
、第７図はアレイアンテナをアンテナ前面側よシみた正
面図、第８図は側面図、第９図は背面側よ〕みた正面図
である。なお、第７図乃至第９図に於いて、先の第３図
乃至第５図と同一部には同−符ぢを付す。

この実施例は、給電ピン２４が貫挿される貫通孔として
直径及び長さの異なる２つの貫通孔３１．３２を基板２
１の背面側に同軸的にかつ直列に設けることによシ、先
の式（４）に拘束されないでインピーダンス整合をとる
ことができるようにしたものである。この場合、貫通孔
３１は例えば、先の実施例の貫通孔２５と同様に、押え
板２３に形成されている。一方、貫通孔３２は押え板２
３の背面側に取り付けられたインピーダンス整合部材３
３に形成されている。

このインピーダンス整合部材３３も押え板２３と同様に
、アルミニウムなどの金属で形成される。なお、図には
、各放射素子ごとにインピーダンス整合部材３３を設け
る場合について説明したが、これを押え板２３と同じよ
うに１枚の金属板で形成するようにしてもよいことは勿
論である。

蕗１０図はこの実施例のインピーダンス等価回路を示す
ものである。この場合、貫通孔３１は、この貫通孔３１
と給電ビン２４０重な多部分に形成されるインピーダン
ス整合回路が入力インピーダンスｚａのりアクタンス分
すを打ち消すような、つまルインピーダンス２．を実数
分のみにするような特性インピーダン２２層　を有する
ように、直径Ｄ！や長さｉｔが設定されている。また、
貫通孔３２は、この貫通孔３２と給電ピン２４の重な多
部分に形成されるインピーダンス整合回路がインピーダ
ンス整合部材３３の入力側よシアンテナ／ｆターン２２
側をみたインピーダンスｚ　１つまり、アンテナの入力
インピーダンスと外部回路の特性インピーダンスｚ０と
を等しくするような特性インピーダンス２、を有するよ
うに、直径Ｄ！や長さｔ！が設定されている。

とのように、第７図乃至第９図のアンテナでは、貫通孔
３１部分のインピーダンス整合回路がアンテナの入力イ
ンピーダンスｚｅのリアクタンス性成分を中心周波数で
０にするインピーダンス整合作用を有し、貫通孔３２部
分のインピーダンス整合回路がアンテナの入力インピー
ダンスｚｃの抵抗性成分を外部回路の特性インピーダン
スｚ０に合わせるインピーダンス整合作用を有する。つ
まり、先の実施例では、１つの貫通孔２５に上記２つの
インピーダンス整合作用を持たせたが、この実施例では
、２つの貫通孔３１．３２で２つのインピーダンス整合
作用を１つずつ分担している。

今、送信信号の周波数を１０　ＧＨｚで、がっＺ、Ｌ＝
４３．５＋Ｊ４５（Ω）であるとすると、直径Ｄ１ｙＤ
ｌｓ長さｔ皿　、ｔ２はそれぞれり。

＝　２．８　ｗφｐＤｘ＝３．３ｗｌ１ＩＩφ、　ｔｌ
　＝　２，２ｔａａ　。

ｔｔ＝７．７ｍｇ＋となる。この場合、インピーダンス
整合回路を用いないと、定在波比は２程度であるが、イ
ンピーダンス整合回路を用いることによシ、定在波比が
１．５以下となる比帯域が４−程度得られる。

との実施例に於いても、先の実施例と同様の効果を得る
ことができることは勿論、さらに上述した如く、式（４
）で示されるような制約条件に拘束されないという効果
がある。

なお、アレイアンテナに於いては、各放射素子ごとに入
力インピーダンスｚ１が異々る場合があるので、このよ
うな場合は、各放射素子ごとに貫通孔２５や３１，３：
ｊの直径ｔ）、Ｄ、。

Ｄｏ、長さｔｔｔｌｔｔ！を適宜設定すればよい。

また、以上の説明では、押え板２３をインピーダンス整
合部材として利用する場合を説明したが、必ずしもこれ
を利用する必要がないことは勿論である。

また、第７図乃至第９図に示す実施例に於いて、押え板
２３とインピーダンス整合部材３３を１つの金属部材で
一体的に形成するようにしてもよいことは勿論である。

また、以上の説明では、この発明の特徴とする同軸線路
として形成されるインピーダンス整合回路にマイクロス
トリップアンテナの入力インピーダンス（第１の実施例
の場合ｚｂ、第２（２）実！　例の場合ｚｃ）のりアク
タンス性成分を中心周波数で０にしてこれを抵抗性成分
だけにするインピーダンス整合作用と、さらに、この抵
抗性成分を外部回路の特性インピーダツス（抵抗分だけ
から成る）に合わせるインピーダンス整合作用との２つ
の整合作用を奄たせる場合について１？明した。しかし
々から、上記インピーダンス整合回路に、前者の整合作
用だけを持たせ、後者の整合作用はアンチナノ４ターン
２２０寸法や給電点ａの位置を調整することによシ、実
現するようにし、てもよいことは勿論である。

〔発明の効果〕

このように、この発明によれば、割り当てられた占有面
積が小さいよう表場合でも、確実にインピーダンス整合
をとることができるマイクロストリップアンテナを提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のマイクロストリップアンテナを基板前面
側よルみた正面図、第２図は同じく側面図、第３図はこ
の発明の一実施例のマイクロストリップアンテナをアレ
イアンテナに適用した状態で基板正面側よシみた正面図
、第４図は同じく側面図、第５図は同じく基板背面側よ
シみた正面図、第６図は一実施例のインピーダンス等価
回路図、第７図はこの発明の他の実施例のマイクロスト
リップアンテナをアレイアンテナに適用した状態で基板
正面側よシみた正面図、第８図は同じく側面図、第９図
は同じく基板背面側よ、りみた正面図、第１０図は一実
施例のインピーダンス等価回路図である。 ２１・・・基板、２２・・・アンチナノ臂ターン、２３
・・・押え板、２４・・・給電ビン、２５，３１．３２
・・・貫通孔、２６・・・コネクタ、３３・・・インピ
ーダンス整合部材。 出願人代理人　弁理士　鈴　江　武　彦第１図　第２図 第６１・１ 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 前面側に電波放射用のアンテナ／４’ターンが形成され
   た基板と、 この基板の背面側よシ前記アンチナノ４ターンに給電す
   る給電線と、 前記基板の背面側に設けられ、前記給電線が同軸的に貫
   挿せしめられる貫通孔を有する金属製のインピーダンス
   整合部材とを具備し、前記貫通孔と前記第に線の重なシ
   部分に形成される同軸線路がアンテナの入力インピーダ
   ンスと帥配給電線に接続される外部回路の特性インピー
   ダンス（抵抗性成分から成る）とのインピーダンス整合
   回路として作用するように、前記貫通孔の内径及びその
   軸方向の長さが設定されていることを特徴とするマイク
   ロストリップアンテナ。 （２）　前記同軸線路が前記アンテナの入力インピーダ
   ンスのりアクタンス性成分を中心周波数でほぼＯＫする
   第１のインピーダンス整合作用とこれによシ抵抗性成分
   とされた前記入力インピーダンスをほぼ前記外部回路の
   特性インピーダンスに合わせる為の第２のインピーダン
   ス整合作用を有するように、前記貫通孔の内径及び長さ
   が設定されていることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載のマイクロストリップアンテナ。 （３）　前記貫通孔は、前記第１のインピーダンス整合
   作用を得る為の第１の貫通孔と、この第１の貫通孔と同
   軸で前記第２のインピーダンス整合作用を得る為の第２
   の貫通孔とから成ることを特徴とする特許請求の範囲第
   ２項記載のマイクロストリップアンテナ。 （４）　前記同軸線路が前記アンテナの入力インピーダ
   ンスのりアクタンス性成分をほぼ０にするインピーダン
   ス整合作用を有するように、前記貫通孔の内径と長さが
   設定されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のマイクロストリラグアンテナ。 （５）　前記インピーダンス整合部材は前記基板の強度
   を補強する為にこの基板の背面に設けられる金属製の押
   え板であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   のマイクロストリップアンテナ。