JPWO2007088799A1 - 通信用アンテナ - Google Patents

Abstract

誘電体基板と、該誘電体基板の一方の面側に、ギャップ部を有して周回するよう形成されるストリップラインと、誘電体基板のストリップラインが形成される面とは反対の面に形成された導電膜と、ストリップラインと導電膜とを電気的に接続する給電手段と、を有する通信用アンテナとする。また、そのストリップラインは、多角形状であることを特徴とする通信用アンテナとする。【選択図】図１

Description

本発明は、通信用アンテナに関する。

近年，グローバルな移動通信の需要がますます増加し、医療、災害対策などの点から小型、低価格、堅牢な通信への要求が高まって、いつでも、何処でも、誰でも通信可能な移動体衛星通信の実現が求められている．

これに用いられる通信用アンテナは一般に、ダイポールアンテナや、四角形状、円形状、三角形状等のマイクロストリップ、グランドとしての導電膜、誘電体基板と、を有して構成されている。また、アンテナの中でも、スロットとマイクロストリップラインもよく使用されている。この中でも通信用アンテナは、円偏波の利得と軸比の起動または電流分布に大きく影響するため、マイクロストリップラインの構造（形）、各素子の配置、スイッチング法、その他形の素子との組合せ、多偏波共用、多周波共用など、様々な問題を検討する必要がある。

上記のうち、通信用アンテナの設計により、円偏波および多偏波共用などの技術として、スタック型、背面給電方式のマイクロラインストリップ平面アンテナの共振モードの利用、平面アンテナとヘリカルアンテナまたは平面アンテナとロッドアンテナを用いる技術が例えば下記特許文献１〜４に掲載されている。

特開２００１−２４４７２６号公報 特開平９−２３２８４９号公報 特開平９−９８０１８号公報 特許公開平９−９８０１７号公報

しかしながら、上記特許文献１〜４に記載の技術では、仰角及び水平方法におけるマルチビームにおいて課題を残し、また多偏波共用、多周波共用、利得と軸比の向上についても未だ課題が残っている。

そこで、本発明の目的は上記課題を解決し、より高性能な通信用アンテナを提供することにある。

上記課題を解決するための一手段に係る通信アンテナは、誘電体基板と、この誘電体基板の一方の面側に、ギャップ部を有して周回するよう形成されるストリップラインと、誘電体基板のストリップラインが形成される面とは反対の面に形成された導電膜と、ストリップラインと前記導電膜とを電気的に接続する給電手段と、を有することを特徴とする。

また、この手段において、ストリップラインは多角形状であることが望ましく、より望ましくは三角形状である。またこの場合において、ギャップ部は多角形状又は三角形状である場合に、これの少なくともいずれか一辺に設けられてなることも望ましく、更に、給電手段はギャップ部が形成された辺の両脇の頂点部分の少なくとも何れか一方に形成されてなることも望ましい。

また、本手段において、ギャップ部に形成されるアクティブ素子を有することも望ましい。

以上、本発明によって、より高性能な通信用アンテナを提供することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。ただし、本発明は多くの異なる態様で実施することが可能であり、以下に示す実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書においては同一又は同様の機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

（実施形態１）
図１は、本実施形態に係る通信用アンテナ（以下「本アンテナ」という。）の概略斜視図である。本アンテナは、誘電体基板３と、この誘電体基板の一方の面側に、ギャップ部を有して周回するよう形成されるストリップライン２と、誘電体基板３のストリップライン２が形成される面とは反対の面に形成された導電膜４と、ストリップラインと前記導電膜とを電気的に接続する給電手段１と、を有していることを特徴の一つとする。

ストリップライン２は、誘電体基板３の上に形成されるものであって、ギャップ部を有して周回するよう形成される。ストリップライン２は、ギャップ部を有して周回する限りにおいて特段の制限はないが、例えば形状としては、多角形状であることが望ましく、三角形状であることがより望ましい。多角形状、特に三角形状とすることは、複数の通信アンテナを一の誘電体基板３上に形成する場合に特に有利であるためである。またギャップ部は、多角形状の場合、この多角形状の何れか一辺にすくなくとも一つ形成されていることが望ましい。なお、本実施形態においてストリップライン２は、三角形状に形成され、その一辺にギャップ部が形成されている。また誘電体基板３としては、後述する導電膜とストリップライン２との間の絶縁を図ることができる限りにおいて特段に制限はなく、周知のものを採用することができる。また、ストリップライン２の材質としては、導電性を有する限りにおいて特段に制限されることはないが、例えば銅やアルミニウム等の金属及びそれらの合金などを好適に用いることができる。

導電膜４は、グランド用、又はストリップライン２に電位を供給するための入力用として用いられるものであり、本実施形態では誘電体基板３のストリップラインが形成された面とは反対の面側に配置される。材質としては導電性である限りにおいて特段に制限はなく、ストリップライン２と同様の材質により構成することができる。

給電手段１は、導電膜４とストリップライン２とを電気的に接続するための手段であり、電気的に接続することができる限りにおいて特段に制限されるものではないが、例えば誘電体基板３にスルーホールを形成し、このスルーホールに導電性の材料を充填することによっても形成できる。また、本実施形態に係る給電手段１は、ギャップ部が形成された辺の両脇の頂点部分のうちの一方に設けられていることも態様として望ましい。特に本実施形態では、マイクロストリップライン２と導電膜４とを誘電体基板３の面それぞれに配置し、基板を貫通させる供給手段を用いているため、小型化かつ薄型化な円偏波アンテナを実現することができる。

本アンテナは、このような構成を採用することにより、仰角及び水平方法におけるマルチビーム、多偏波共用、多周波共用、利得と軸比の向上を図ることができる。ここで、図２を用いて、本アンテナによる動作について説明する。

図２は、本アンテナによる動作の説明を行うための図であって、例えば本アンテナで左旋円偏波を受信する場合の説明を行うための図である。マイクロストリップライン２を誘電体基板上面から見た場合の上面図である。本図の場合、左旋円偏波を受信する場合の説明図であって、図２（ａ）は、この波の位相が０の場合を、図２（ｂ）は位相がπ／２の場合を、図２（ｃ）は位相がπの場合を、図２（ｄ）は位相が３π／２の場合をそれぞれ示す。

図２（ａ）の場合、即ち位相０の場合、このマイクロストリップラインの周回の中心からギャップ部の方向に対して総合電流分布が起こる。そしてこれに基づきマイクロストリップライン表面上に電流分布が発生する。これは図２（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）のように左旋円偏波の位相変化とともに変化する。これを導電膜４を介して検知することで受信が可能となる。特に本アンテナはギャップ部を有しているため、仰角及び水平方法におけるマルチビームを実現することもできる。

なお、本実施形態においては、左旋円偏波の受信についての説明を行ったが、反対に送信についても用いることができることは言うまでもない。また、本アンテナは、ギャップ部の位置を変えることによりほぼ同様の原理により右旋円偏波についても実現が可能である。この例を図３に示しておく。

（実施形態２）
本実施形態は、ほぼ実施形態１と同様であるが、マイクロストリップラインのギャップ部にアクティブ素子５を形成している点が異なる。図４に本実施形態に係る通信用アンテナの概略斜視図を示す。

アクティブ素子５としては、例えばダイオード、キャパシタ、リアクタンス、インダクタンス等を好適に用いることができる。本アンテナはギャップ部にこのようにアクティブ素子を有することで、ギャップ部の電気的環境を調整することが可能となり、これに基づき発生する電流分布も異ならせることができる。即ち本アンテナによると実施形態１の効果に加え、多周波共用、利得と軸比の向上等をも図ることができるようになる。

なお、本実施形態においても、図１と図３の関係と同様、ギャップ部の位置を変えることによって他偏波への応用が可能である。図５に右旋円偏波の例を示しておく。

（実施形態３）
本実施形態は、ほぼ実施形態２と同様であるが、マイクロストリップラインのギャップ部が複数存在し、そのそれぞれにアクティブ素子５が形成されている点が異なる。図６に本実施形態に係る通信用アンテナの概略斜視図を示す。なお、本実施形態においては、給電手段１が形成された頂点部分に接続する二辺にギャップ部が形成されている。

本実施形態においては、アクティブ素子としてトランジスタ、ダイオード、キャパシタ、リアクタンス、インダクタンス等を好適に用いることができる。これらにより、例えばトランジスタを用いて一方のギャップ部を導通させ、上記実施形態の効果に加え、右左偏波共用とすることが可能となる。

なお、ギャップの数や位置、給電手段の数や位置については適宜調整が可能であり限定はされず、例えばこれらの例について、例えば図７、図８に示しておく。

（実施形態４）
本実施形態は、ほぼ実施形態１と同じであるが、マイクロストリップラインにおける頂点部分が曲線により形成されている点が異なる。図９及び図１０にこのマイクロストリップラインの例を示す。この曲線により第２の素子の表面における電流が均一的な分布を持ち、角による定在波を減少させることができ、実施形態１における効果に加え、より高感度なアンテナとすることができるようになる。

（実施形態５）
本実施形態は、ほぼ実施形態２と同じであるが、マイクロストリップラインにおける頂点部分が曲線により形成されている点が異なる。図１１及び図１２にこのマイクロストリップラインの例を示す。本アンテナにより頂点部分における電気的損失が低減され、実施形態１における効果に加え、より高感度なアンテナとすることができるようになる。

（実施形態６）
本実施形態は、ほぼ実施形態１と同じであるが、マイクロストリップラインにおける頂点部分が曲線により形成されている点が異なる。図１３乃至図１５にこのマイクロストリップラインの例を示す。本アンテナにより頂点部分における電気的損失が低減され、実施形態１における効果に加え、より高感度なアンテナとすることができるようになる。

（実施形態７）
本実施形態は、ほぼ実施形態１と同じであるが、マイクロストリップラインと給電手段の接続関係が異なる。図１６にこのアンテナにおけるマイクロストリップラインの上面図を示す。図１６が示すとおり、本給電手段は、マイクロストリップラインに接続される給電用マイクロストリップラインと、４分の１波長マイクロストリップラインコンバーターに接続されており、アンテナを簡単に設計、試作できる。特に、本実施形態では給電手段とマイクロストリップラインとの間にマイクロストリップラインコンバーターを有しているためアンテナの入力インピーダンスを簡単にマッチングすることができる。また、図１７に、実施形態１と同様、本アンテナの他の一例について示しておく。

（実施形態８）
本実施形態は、ほぼ実施形態３と同じであるが、マイクロストリップラインと給電手段１の接続関係が異なる。図１８にこのアンテナにおけるマイクロストリップラインの上面図を示す。図１８が示すとおり、本給電手段１は、マイクロストリップラインに接続される給電用マイクロストリップライン７と、４分の１波長マイクロストリップラインコンバーター６に接続されており、アンテナを簡単に設計、試作できる。特に、本実施形態では給電手段とマイクロストリップラインとの間にマイクロストリップラインコンバーターを有しているためアンテナの入力インピーダンスを簡単にマッチングすることができる。

（実施形態９）
本実施形態は、ほぼ実施形態４と同じであるが、マイクロストリップラインと給電手段１の接続関係が異なる。図１９にこのアンテナにおけるマイクロストリップラインの上面図を示す。図１９が示すとおり、本給電手段１は、マイクロストリップラインに接続される給電用マイクロストリップライン７と、４分の１波長マイクロストリップラインコンバーター６に接続されており、アンテナを簡単に設計、試作できる。特に、本実施形態では給電手段とマイクロストリップラインとの間にマイクロストリップラインコンバーターを有しているためアンテナの入力インピーダンスを簡単にマッチングすることができる。また、図２０に、実施形態４と同様、本アンテナの他の一例について示しておく。

（実施形態１０）
本実施形態は、ほぼ実施形態６と同じであるが、マイクロストリップラインと給電手段１の接続関係が異なる。図２１にこのアンテナにおけるマイクロストリップラインの上面図を示す。図２１が示すとおり、本給電手段１は、マイクロストリップラインに接続される給電用マイクロストリップライン７と、４分の１波長マイクロストリップラインコンバーター６に接続されており、アンテナを簡単に設計、試作できる。特に、本実施形態では給電手段とマイクロストリップとの間にマイクロストリップラインコンバーターを有しているためアンテナの入力インピーダンスを簡単にマッチングすることができる。

（実施形態１１）
本実施形態は、ほぼ実施形態７と同じであるが、マイクロストリップラインと給電手段の接続関係が異なる。図２２にこのアンテナの斜視図を、図２３にこのアンテナにおけるマイクロストリップラインの上面図を示す。図２３が示すとおり、本アンテナは、誘電基板の中に一層別の層を設け、給電用マイクロストラップライン７、４分の１波長マイクロストリップラインコンバーター６、及び給電手段１と、を設けている。これにより、アンテナを簡単に設計、試作できる。特に、本実施形態では給電手段とマイクロストリップとの間にマイクロストリップラインコンバーターを有しているためアンテナの入力インピーダンスを簡単にマッチングすることができる。更に、給電手段とマイクロストリップラインの間におけるカップリングを減少させることができる。そして、アンテナを部分的にメンテナンスできるという利点も有する。

（実施形態１２）
本実施形態は、実施形態１に記載の通信用アンテナを複数配置した点に特徴がある。図２４に本実施形態に係る通信用アンテナアレイ（以下「本通信用アンテナアレイ」という。）を示す。図２４が示すとおり、本通信用アンテナアレイは、複数の通信用アンテナが同軸状に設置されており、複数のビームの数を一の基板上に設定でき、ビームを自由に形成させ、高利得を得ることができる。なお、本実施形態の通信用アンテナアレイの他の一例について、図２５に示しておく。

（実施形態１３）
本実施形態は、実施形態４に記載の通信用アンテナを複数配置した点に特徴がある。図２６に本実施形態に係る通信用アンテナアレイ（以下「本通信用アンテナアレイ」という。）を示す。図２６が示すとおり、本通信用アンテナアレイは、複数の通信用アンテナが同軸状に設置されており、複数のビームの数を一の基板上に設定できる。

（実施形態１４）
本実施形態は、実施形態７に記載の通信用アンテナを複数配置した点に特徴がある。図２７に本実施形態に係る通信用アンテナアレイ（以下「本通信用アンテナアレイ」という。）を示す。図２７が示すとおり、本通信用アンテナアレイは、複数の通信用アンテナが同軸状に設置されており、複数のビームの数を一の基板上に設定できる。

（実施形態１５）
本実施形態は、実施形態９に記載の通信用アンテナを複数配置した点に特徴がある。図２８に本実施形態に係る通信用アンテナアレイ（以下「本通信用アンテナアレイ」という。）を示す。図２８が示すとおり、本通信用アンテナアレイは、複数の通信用アンテナが同軸状に設置されており、複数のビームの数を一の基板上に設定できる。

（実施形態１６）
本実施形態は、実施形態１に記載の通信用アンテナと三角形パッチを有する通信用アンテナとを複数配置した点に特徴がある。図２９に本実施形態に係る通信用アンテナアレイ（以下「本通信用アンテナアレイ」という。）を示す。図２９が示すとおり、本通信用アンテナアレイは、複数の実施形態１に係る通信用アンテナと複数の三角形パッチを有する通信用アンテナが一軸を中心に周方向交互に設置されている。この組合せにより、各素子間におけるカップリングを減少させる。または、この組合せにより、各素子間におけるアイソレーションを向上させることができる。

（実施形態１７）
本実施形態は、実施形態１に記載の通信用アンテナに、同心的に別サイズのマイクロストラップラインを設けていることを特徴とする。この通信用アンテナの上面図を図３０に示す。別サイズの２つまたはそれ以上のマイクロストラップラインを構成することによって、高利得かつ広帯域な周波数を実現することができる。

（実施形態１８）
本実施形態は、実施形態１に記載の通信用アンテナに、同心的に別サイズのマイクロストラップラインを設けていることを特徴とする。この通信用アンテナの上面図を図３１に示す。別サイズの２つまたはそれ以上のマイクロストラップラインを構成することによって、高利得かつ広帯域な周波数を実現することができる。特に、本通信用アンテナは、各マイクロストラップラインに給電手段を有しており、独立して機能することができ、２周波共用の通信アンテナを実現することができる。なお、設けるマイクロストラップラインの数は２つに限られず、３つ、それ以上可能である。なお、３つの例を図３２に示し、また、ギャップ部の向く方向を異ならせた例を図３３に示す。

なお、本実施形態に係る通信用アンテナの中心部には、三角パッチを配置することも可能であり、この例を図３４乃至図３６に示す。

以上のとおり、本発明の通信用アンテナにより、より高性能な通信用アンテナを提供することができる。より具体的な実施形態によると、仰角及び水平方法におけるマルチビームが可能となり、また多偏波共用、多周波共用、利得と軸比の向上も実現できる。更に、小型化、薄型化も可能である。

本発明は、薄型、軽量、堅牢な構造をもち、簡単に設計、試作できるので、自動車、航空機、船舶（ボート）、電車などの屋根に搭載することによって、固定基地局や人工衛星通信などからの音声、画像などのマルチメディア情報を送受信することができる。またこのアンテナにより、いつでも、何処でも、誰でも通信可能な移動体（衛星）通信を実現できる。

また、本発明に係る通信用アンテナは、移動体衛星通信などに応用でき、遠隔医療マネジメント，危険物質の運搬追跡，遠隔教育，放送サービス，防災支援対策など，幅広い分野に応用できる。

また、本発明に係る通信用アンテナを用いることにより救急医療システムを実現でき、ＩＣタグまたはＲＦＩＤ技術を統合して、地震、津波などによる自然災害による多被害者の支援をすることができる。これによって、医療分野における経済的な効果をもたらす。

また本発明に係る通信用アンテナは、移動体衛星通信、医療，災害対策など数多くのアプリケーションに使用できる。このアンテナにより、可搬型端末による音声を中心とした移動体衛星通信や，動画を含む移動体衛星放送サービスも実施でき、乗用車などに装備し，インターネットなども利用可能である。

実施形態１に係る通信用アンテナの概略斜視図。 実施形態１に係る通信用アンテナの動作を説明するための図。 実施形態１に係る通信用アンテナの他の一例の概略斜視図。 実施形態２に係る通信用アンテナの概略斜視図。 実施形態２に係る通信用アンテナの他の一例の概略斜視図。 実施形態３に係る通信用アンテナの概略斜視図。 実施形態３に係る通信用アンテナの他の一例の概略斜視図。 実施形態３に係る通信用アンテナの他の一例の概略斜視図。 実施形態４に係る通信用アンテナの上面図。 実施形態４に係る通信用アンテナの他の一例の上面図。 実施形態５に係る通信用アンテナの上面図。 実施形態５に係る通信用アンテナの他の一例の上面図。 実施形態６に係る通信用アンテナの上面図。 実施形態６に係る通信用アンテナの他の一例の上面図。 実施形態６に係る通信用アンテナの上面図。 実施形態７に係る通信用アンテナの上面図。 実施形態７に係る通信用アンテナの他の一例の上面図。 実施形態８に係る通信用アンテナの上面図。 実施形態９に係る通信用アンテナの上面図。 実施形態９に係る通信用アンテナの他の一例の上面図。 実施形態１０に係る通信用アンテナの上面図。 実施形態１１に係る通信用アンテナの概略斜視図。 実施形態１１に係る通信用アンテナの上面図。 実施形態１２に係る通信用アンテナアレイの上面図。 実施形態１２に係る通信用アンテナアレイの他の一例の上面図。 実施形態１３に係る通信用アンテナアレイの上面図。 実施形態１４に係る通信用アンテナアレイの上面図。 実施形態１５に係る通信用アンテナアレイの上面図。 実施形態１６に係る通信用アンテナアレイの上面図。 実施形態１６に係る通信用アンテナアレイの上面図。 実施形態１８に係る通信用アンテナアレイの上面図。 実施形態１８に係る通信用アンテナアレイの他の一例の上面図。 実施形態１８に係る通信用アンテナアレイの他の一例の上面図。 実施形態１８に係る通信用アンテナアレイの他の一例の上面図。 実施形態１８に係る通信用アンテナアレイの他の一例の上面図。 実施形態１８に係る通信用アンテナアレイの他の一例の上面図。

符号の説明

１…給電手段、２…マイクロストリップライン、３…誘電体基板、４…導電膜、５…アクティブ素子、６…４分の１波長マイクロストリップラインコンバーター、７…給電用マイクロストリップライン、８…正三角形パッチ、９…三角形パッチ給電用マイクロストリップライン

Claims (7)

1. 誘電体基板と、
   該誘電体基板の一方の面側に、ギャップ部を有して周回するよう形成されるストリップラインと、
   前記誘電体基板のストリップラインが形成される面とは反対の面に形成された導電膜と、
   前記ストリップラインと前記導電膜とを電気的に接続する給電手段と、
   を有する通信用アンテナ。
2. 前記ストリップラインは、多角形状であることを特徴とする請求項１記載の通信用アンテナ。
3. 前記ストリップラインは、三角形状であることを特徴とする請求項１記載の通信用アンテナ。
4. 前記ギャップ部は、前記多角形状の一辺に設けられてなることを特徴とする請求項２記載の通信用アンテナ。
5. 前記ギャップ部は、前記三角形状の一辺に設けられてなることを特徴とする請求項３記載の通信用アンテナ。
6. 前記給電手段は、前記ギャップ部が形成された辺の両脇の少なくとも頂点部分の何れか一方に形成されてなることを特徴とする請求項４又は５に記載の通信用アンテナ。
7. 前記ギャップ部に形成されるアクティブ素子を有することを特徴とする請求項１記載の通信用アンテナ。

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