WO2005041356A1 - マイクロストリップアンテナ及びその衣類 - Google Patents

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Masato Tanaka
Jae-Hyeuk Jang
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Definitions

  • the present invention relates to a microstrip antenna having flexibility that can be installed on clothes and the like, and a garment provided with the antenna.
  • Microstrip antennas are used as antennas for mobile stations such as automobile books, mobile phone antennas, and satellite communication antennas.
  • the dielectric substrate and the feed circuit substrate of the conventional microstrip antenna are hard and heavy.
  • the radiating conductor and the grounding conductor were also strong, and the whole was hard and heavy.
  • the applicant of the present application has disclosed in Japanese Patent Application No. 2002-60010 a microstrip antenna in which a dielectric substrate, a radiating conductor and a grounding conductor are made of a flexible material. It discloses a technique for attaching to clothes, hats and the like.
  • the inner conductor of the coaxial connector should not be in contact with the ground conductor made of metal foil such as copper, It was only necessary to solder directly to the radiating conductor made of metal foil and solder the outer conductor of the coaxial connector directly to the grounding conductor.
  • the microstrip antenna is to be flexible, use conductive cloth for the radiating conductor and the grounding conductor.
  • polyester, etc. with a surface nickel layer on a copper coating, as the conductive cloth, soldering to the surface nickel cannot be performed sufficiently, or the polyester has a heat resistance temperature of 120 ° C. There were problems such as being unsuitable for soldering.
  • An object of the present invention is to provide a microstrip antenna that can be soldered smoothly during manufacturing and clothing provided with the microstrip antenna. Disclosure of the invention
  • microstrip antenna of this invention and its clothing are provided with the following structures.
  • the power supply cable includes a substantially flat radiating conductor, a substantially flat ground conductor having an area larger than the radiating conductor, and a dielectric substrate disposed between the radiating conductor and the ground conductor.
  • the radiating conductor and the ground conductor are formed of a substantially cloth-like body having flexibility and conductivity
  • the board is composed of a substantially cloth-like body having flexibility and insulation properties, and the connection of the power supply cable terminal to the radiation conductor or the ground conductor is configured by soldering via a conductive medium. I do.
  • the conductive medium may be formed of a metal plate having a conductive adhesive on a surface facing the radiation conductor or the ground conductor.
  • the metal plate is made of a material containing copper as a main component, the soldering works well.
  • the conductive medium may be constituted by a metal coating applied to a heat-resistant radiating conductor or a ground conductor.
  • the soldering functions properly.
  • the terminal of the power supply cable connected to the radiation conductor is composed of the core wire, which is the inner conductor of the power supply connector, and the terminal of the power supply cable connected to the ground conductor is composed of the outer conductor of the power supply connector.
  • the radiation conductor may be inserted through a hole provided in the ground conductor without contacting the ground conductor.
  • the radiating conductor or the grounding conductor may be a synthetic resin cloth made of polyester fiber peramid fiber having a surface nickel layer on a copper coating, and the dielectric substrate may be made of felt or cloth.
  • Such a microstrip antenna may be attached to the outer surface of clothing to form clothing with a microstrip antenna.
  • FIG. 1 is a front sectional view of a microstrip antenna
  • FIG. 2 is a plan view of the microstrip antenna in a usage form.
  • the shape of the radiation conductor is shown as a thin disk, and the shape of the ground conductor and the dielectric substrate is shown as a thin square plate.
  • their shapes are arbitrary as long as they are substantially flat, and various polygons and closed surfaces can be used as appropriate.
  • this embodiment is based on the pin feeding method, a feeding method using a microstrip line or a feeding method using electromagnetic coupling can be used as appropriate.
  • Such changes in design are disclosed in, for example, “Satellite Communication” (Naoshi Iida, Ohmsha, 1997).
  • the present invention can appropriately utilize the disclosures of such conventional documents.
  • FIGS. 1 and 2 show a front sectional view and a plan view of the microstrip antenna.
  • the microstrip antenna includes a substantially flat radiation conductor (11), a substantially flat ground conductor (12) having a larger area than the radiation conductor (11), and a radiation conductor (11) and a ground conductor (11). And a dielectric substrate (13) disposed between the power supply cable and one terminal (21) of the power supply cable connected to the radiation conductor (11) and the other terminal (22) connected to the ground conductor.
  • the basic configuration is to be connected to (1 2).
  • the radiation conductor (11) and the ground conductor (12) By using a substantially cloth-like body having flexibility and conductivity, and by using a substantially cloth-like body having flexibility and insulation for the dielectric substrate (13), it is lightweight and flexible and does not generate wrinkles. Can be used for clothing (30).
  • the lower surface of the ground conductor (12) is attached to the outer surface (31) of the garment (30).
  • a conductive cloth is used.
  • a synthetic resin cloth made of polyester fiber peramide fiber having a surface nickel layer formed on a copper coating can be used.
  • a cloth-like body formed of conductive fibers can be used.
  • Examples of the conductive fibers include a melt-spun composite of a conductive layer containing a high concentration of conductive fine particles such as carbon black and a metal compound and a normal polymer layer for protecting the conductive layer. .
  • a cloth material having flexibility and insulating properties such as felt, cloth and blanket, is used.
  • soldering (24) is performed via the conductive medium (23).
  • the terminal of the power supply cable connected to the radiation conductor (11) is the core wire (21) which is the inner conductor of the power supply connector, and the terminal of the power supply cable connected to the ground conductor (12). Is the outer conductor (22) of the power supply connector.
  • the core wire (2 1) passes through the hole (1 2a), which is slightly larger in diameter than the core wire (2 1), through the ground conductor (1 2) without contacting the ground conductor (12). Connected to radiating conductor (1 1).
  • the core wire (21) may be in contact with or separated from the dielectric substrate (13).
  • a hole similar to the hole (12a) may be provided in the dielectric substrate (13) to separate them, and a cylinder or the like may be provided as appropriate.
  • a conductive medium composed of a metal plate (23b) provided with a conductive adhesive (23a) on a surface facing the radiation conductor (11) and the ground conductor (12). Perform soldering (24) via (23).
  • a material of the metal plate-like body (23b) copper is preferable, and as a form, a sheet-like thing such as a thin film or a tape can be appropriately used in addition to a thin plate having a thickness and strength.
  • a conductive medium (23) has made soldering easy and quick.
  • conductive cloth such as polyester does not come into direct contact with a high-temperature soldering iron or solder (24), deterioration due to heat can be suppressed.
  • the conductive medium (23) is a conductive tape in which a conductive adhesive (23a) such as an acrylic conductive adhesive and a metal plate (23b) such as copper foil are integrated. And so on.
  • the conductive medium (23) may be composed of a metal coating such as copper applied to the radiation conductor (11) or the ground conductor (12).
  • a cloth made of heat-resistant aramid fiber or the like and treated with a copper film can be used as the radiation conductor (11) with the conductive medium (23) or the ground conductor (12).
  • the radiation conductor (11) has a circular shape with a diameter of 60 mm, a thickness of 0.15 mm, an area density of 80 g / m2, and a reflection loss and a transmission loss of 2.5 GHz at 0.03, respectively.
  • cl B, 74 cl B conductive cloth was used.
  • the ground conductor (1 2) has a square of 150 mm on a side, a thickness of 0.15 mm, a surface density of 80 gZm2, and a reflection loss and a transmission loss at 2.5 GHz of 0.03 clB and 74 clB, respectively.
  • a conductive cloth was used.
  • dielectric substrate (13) For the dielectric substrate (13), an inexpensive felt with a square of 150 mm on a side, a thickness of lmm, and a relative permittivity of 1.43 was used.
  • the power supply connector used was an approximately square S MA connector with a ground plane of 12.5 mm on a side with the ground conductor (12).
  • Copper foil tape No.1181 manufactured by Sumitomo 3LEM was used as the conductive medium (23).
  • the return loss of this antenna was about _20 dB in the unbent state, and the resonance frequency was 2.505 GHz. As the antenna was bent, the resonance frequency gradually decreased.
  • the gain was 6.5 dB, and even when bent in a U-shape, it was 4. l dB, a practical value.
  • microstrip antenna and the clothing thereof according to the present invention have the following effects by having the above configuration.
  • it can be made of inexpensive materials to be lightweight, flexible and wrinkle-free, and can be easily sewn or embedded in clothes, hats, etc., and can be soldered smoothly during manufacturing. Can be done. Therefore, it can be provided as clothing with a microstrip antenna installed, and can be used for space suits and position detectors combined with chipped GPS receivers and position information transmitters.

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Abstract

略平板状の放射導体と、放射導体よりも面積が広い略平板状の接地導体と、その放射導体と接地導体との間に配設された誘電体基板とを備え、給電ケーブルの一端子が放射導体に接続され、他端子が接地導体に接続されたマイクロストリップアンテナにおいて、放射導体と接地導体とを、柔軟性と導電性を有する略布状体で構成すると共に、誘電体基板を、柔軟性と絶縁性とを有する略布状体で構成し、給電ケーブル端子の放射導体または接地導体への接続を、導電性媒体を介してのはんだ付けで構成する。

Description

マイクロストリップアンテナ及びその衣類 技術分野
本発明は、 衣類等に設置可能な柔軟性を有するマイクロストリップアンテナ と、 そのアンテナの付設された衣類に関する。
明
従来背景
田
マイクロストリップアンテナは、 自動車書等の移動体局用アンテナや、 携帯電 話用アンテナ、 衛星通信用アンテナなどに使用される。
従来のマイクロストリップアンテナの誘電体基板や給電回路用基板は、 硬く 重量のあるものであった。 また、 放射導体や接地導体も強固であり、 全体は、 硬く重量のあるものであった。
これに対し、 本出願人は、 特願 2 0 0 2 ^ 6 0 0 1 0号で、 誘電体基板や、 放射導体、 接地導体を柔軟性のある素材で構成して、 マイクロストリップアン テナを服や帽子等に取り付ける技術を開示している。
通常のマイクロストリップアンテナで、 同軸コネクタなどを用いたピン給電 をする場合、 同軸コネクタの内導体を、 銅等の金属箔で形成されている接地導 体に接触させないようにしつつ、 同じく銅等の金属箔で形成されている放射導 体へ直接はんだ付けし、 同軸コネクタの外導体を接地導体へ直接はんだ付けす るだけでよかった。
しかし、 マイクロストリップアンテナに柔軟性をもたせる場合は、 放射導体 と接地導体には、 導電性の布類を使用する。 導電性布として、 銅被覆の上に表 面ニッケル層を施したポリエステル等を用いる場合、 表面のニッケルへのはん だ付けが十分できなかったり、 ポリエステルの耐熱温度が 1 2 0 °Cのため、 は んだ付けに適さないなどの問題があった。
そこで、 本発明は、 軽量かつ柔軟で皺も生じさせないことで衣類に使用でき、 製造の際にははんだ付けが円滑に行えるマイクロストリップアンテナと、 それ を設置した衣類を提供することを課題とする。 発明の開示
上記課題を解決するために、 本発明のマイクロストリップアンテナ及びその 衣類は、 次の構成を備える。
すなわち、 略平板状の放射導体と、 放射導体よりも面積が広い略平板状の接 地導体と、 その放射導体と接地導体との間に配設された誘電体基板とを備え、 給電ケーブルの一端子が放射導体に接続され、 他端子が接地導体に接続された マイクロストリップアンテナにおいて、 放射導体と接地導体とを、 柔軟性と導 電性を有する略布状体で構成すると共に、 誘電体基板を、 柔軟性と絶縁性とを 有する略布状体で構成し、 給電ケーブル端子の放射導体または接地導体への接 続を、 導電性媒体を介してのはんだ付けで構成したことを特徴とする。
ここで、 導電性媒体を、 放射導体または接地導体に対向する面に導電性接着 剤を備えた金属製板状体で構成してもよい。
特に、 金属製板状体が銅を主成分とするもので構成すると、 はんだ付けが好 適に機能する。
導電性媒体は、 耐熱性を有する放射導体または接地導体に施された金属被膜 で構成してもよい。
この場合も、 金属被膜を銅を主成分とするもので構成すると、 はんだ付けが 好適に機能する。
放射導体に接続される給電ケーブルの端子を、 給電コネクタの内導体である 芯線で構成すると共に、 接地導体に接続される給電ケーブルの端子を、 給電コ ネクタの外導体で構成し、 その芯線を、 接地導体に設けられた孔部に挿通して、 接地導体には接触することなく放射導体に接続してもよい。
放射導体または接地導体を、 銅被覆の上に表面ニッケル層を施したポリエス テル繊維ゃァラミド繊維等から成る合成樹脂製布とし、 誘電体基板を、 フェル 卜や生地類製としてもよい。 このようなマイクロストリップアンテナを、 衣類の外表面に付設して、 マイ クロストリップアンテナ付きの衣類を形成してもよい。 図面の簡単な説明
第 1図は、 マイクロストリップアンテナの正面断面図であり、 第 2図は、 使 用形態におけるマイクロストリップアンテナの平面図である。
符号はそれぞれ次のものを指標する。 1 1 ：放射導体、 12 ：接地導体、 1 2 a ：孔部、 1 3 ：誘電体基板、 2 1 ：芯線、 22 ：外導体、 23 ：導電性媒 体、 23 a :導電性接着剤、 23 b :金属製板状体、 24 ：はんだ。 発明を実施するための最良の形態 .
以下、 図面を基に本発明の実施形態を説明する。
なお、 ここでは、 一実施例として、 放射導体の形状を薄い円板状とし、 接地 導体と誘電体基板の形状を薄い正方形板状として示した。 しかし、 それらの形 状は、 略平板状であれば任意であり、 多様な多角形ゃ閉曲面が適宜利用できる。 また、 この実施例は、 ピン給電方式によるものであるが、 マイクロストリツ プラインを用いた給電方式や、 電磁結合による給電方式なども適宜利用できる。 このような設計事項の変更に関しては、 例えば、 「衛星通信」 （飯田尚志、 オーム社、 平成 9年） などに開示されている。 本発明は、 そのような従来文献 の開示事項を適宜利用できる。
マイクロストリップアンテナの正面断面視と平面視を、 第 1図及び第 2図に 示す。
マイクロストリップアンテナは、 略平板状の放射導体 （1 1) と、 放射導体 (1 1) よりも面積が広い略平板状の接地導体 （12) と、 その放射導体 （1 1) と接地導体 （12) との間に配設された誘電体基板 （13) とを備え、 給 電ケ一ブルの一端子 （21) が放射導体 （1 1) に接続され、 他端子 （22) が接地導体 （1 2) に接続されることを基本構成とする。
本発明では、 後に詳述するように、 放射導体 （1 1) と接地導体 （12) に、 柔軟性と導電性を有する略布状体を用いると共に、 誘電体基板 （13) に、 柔 軟性と絶縁性とを有する略布状体を用いることによって、 軽量かつ柔軟で皺も 生じさせないことで衣類 （30) に使用できるようにした。
第 2図では、 接地導体 （12) の下面が、 衣類 （30) の外表面 （31) に 貼着されている。
放射導体 （1 1) と接地導体 （12) には、 比較的安価で電気抵抗が小さい 銅が通常は用いられるが、 本発明では、 導電性を有する布状体を用いる。 導電性布としては、 銅被覆の上に表面ニッケル層を施したポリエステル繊維 ゃァラミド繊維等から成る合成樹脂製布が利用できる。
また、 導電性を有する繊維類で形成した布状体も利用できる。
導電性繊維としては、 例えば、 カーボンブラックや金属化合物などの導電性 微粒子を高濃度に配合した導電層と、 それを保護する通常のポリマー層の 2成 分を溶融複合紡糸したものなどが挙げられる。
誘電体基板 （1 3) には、 フェルトや、 布や毛布等の生地類など、 柔軟性と 絶縁性とを有する布状体を用いる。
誘電体基板 （1 3) の比誘電率は、 大きいほど誘電体内部での電波の波長が 短縮されるので、 アンテナの小型化に寄与する。
他方、 マイクロストリップアンテナの広帯域化のためには、 比誘電率を小さ くし、 また、 誘電体基板 （13) の厚みを大きくすることが好ましい。
ここで、 本発明では、 給電ケーブル端子 （2 1) (22) を放射導体 （1 1) や接地導体 （1 2) へ接続するに当たり、 導電性媒体 （23) を介して、 はんだ付け （24) で行う。
図示の実施例では、 放射導体 （1 1) に接続される給電ケーブルの端子は、 給電コネクタの内導体である芯線 （2 1) であり、 接地導体 （12) に接続さ れる給電ケーブルの端子は、 給電コネクタの外導体 （22) である。 芯線 （2 1) は、 接地導体 （1 2) に芯線 （2 1) より若干大径に設けられた孔部 （1 2 a) を揷通して、 接地導体 （12) には接触することなく放射導体 （1 1) に接続されている。 なお、 芯線 （2 1) は、 誘電体基板 （1 3) に接しても離隔してもよい。 離 隔させるために、 孔部 （12 a) と同様の孔を誘電体基板 （13) に設け、 筒 等を適宜設置してもよい。
マイクロストリップアンテナに柔軟性をもたせるために、 放射導体 （1 1) や接地導体 （1 2) に、 銅被覆の上に表面ニッケル層を施したポリエステル等 の導電性布を用いる場合、 従来ははんだ付けが困難であった。
そこで、 本発明では、 放射導体 （1 1) や接地導体 （12) に対向する面に 導電性接着剤 （23 a) を備えた金属製板状体 （23 b) で構成される導電性 媒体 （23) を介して、 はんだ付け （24) を行う。 金属製板状体 （23 b) の素材としては銅が好ましく、 その形態としては、 厚みと強度のある薄板の他、 薄膜やテープなどシート状のものが適宜利用できる。
導電性媒体 （23) を用いることによって、 はんだ付けが容易にしかも短時 間で行えるようになった。 また、 ポリエステル等の導電性布が高温のはんだご てやはんだ （24) に直接触れることがないことから、 熱で劣化することを抑 えられる。
導電性媒体 （23) としては、 アクリル系導電性粘着剤などの導電性接着剤 (23 a) と、 銅箔などの金属製板状体 （23 b) とが一体化した形態の導電 性テープ等でもよい。
導電性媒体 （23) は、 放射導体 （1 1) や接地導体 （12) に施された銅 等の金属被膜で構成してもよい。
すると、 耐熱性のァラミド繊維などによる布に、 銅被膜処理をしたものを、 導電性媒体 （23) の付帯した放射導体 （1 1) または接地導体 （12) とし て利用できる。
実験例：
本発明のマイクロストリップアンテナが動作することを確認するため、 第 1 図の構造のアンテナを作って実験を行った。
放射導体 （1 1) には、 直径 60 mmの円形、 厚さ 0. 1 5mm、 面密度 8 0 g/m 2、 2. 5 GH zにおける反射損失及び透過損失がそれぞれ 0. 03 cl B、 74 cl Bの導電性布を用いた。
接地導体 （1 2) には、 一辺 1 50mmの正方形、 厚さ 0. 1 5mm、 面密 度 80 gZm2、 2. 5 GHzにおける反射損失及び透過損失がそれぞれ 0. 03 cl B、 74 cl Bの導電性布を用いた。
誘電体基板 （1 3) には、 一辺 1 50mmの正方形、 厚さ lmm、 比誘電率 1. 43の安価なフェルトを用いた。
給電コネクタには、 接地導体 （12) との接地面の大きさが一辺 12. 5m mの略正方形の S M Aコネクタを用いた。
導電性媒体 （23) には、 銅箔テープ （住友スリーェム製、 No.1181) を用い た。
このアンテナのリターンロスは、 曲げていない状態で約 _ 20 d B近く、 共 振周波数は 2. 505 GHzであり、 曲げるにしたがって、 共振周波数が少し ずつ減少していく結果が得られた。
利得は、 6. 5 dBあり、 U字状に曲げても、 4. l dBあり、 実用的な値 が得られた。
なお、 放射パターンから、 アンテナを曲げるほど、 ビーム幅が広がることが 分かった。 曲げたときの利得低下は、 共振周波数の変化以外にビーム幅が広が つたことも影響している。 産業上の利用可能性
本発明のマイクロストリップアンテナ及びその衣類は、 上述の構成を備える ことによって、 次の効果を奏する。
すなわち、 安価な材料を用いて、 軽量かつ柔軟で皺も生じない布状に構成で き、 服や帽子等に容易に縫い付けたり埋め込んで使用でき、 製造の際にははん だ付けが円滑に行える。 そのため、 マイクロストリップアンテナを設置した衣 類として提供し、 宇宙服や、 チップ化した GP S受信機及び位置情報送信機と 組み合わされた位置探知機などに利用できる。

Claims

1 . 略平板状の放射導体と、 放射導体よりも面積が広い略平板状の接地導体 と、 その放射導体と接地導体との間に配設された誘電体基板とを備え、 給電ケ一ブルの一端子が放射導体に接続され、 他端子が接地導体に接続され たマイクロストリップアンテナにおいて、
放射導体と接地導体とが、 柔軟性と導電性を有する略布状体であると共に、 誘電体基板が、 柔軟性と絶縁性とを有する略布状体であり、
給電ケーブル端子の放射導体または接地導体への接続が、 導電性媒体を介し の
てのはんだ付けである
ことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
囲
2 . 導電性媒体が、
放射導体または接地導体に対向する面に導電性接着剤を備えた金属製板状体 である
請求の範囲第 1項に記載のマイクロストリップアンテナ。
3 . 金属製板状体が、 銅を主成分とする
請求の範囲第 2項に記載のマイクロストリツプアンテナ。
4 . 導電性媒体が、
耐熱性を有する放射導体または接地導体に施された金属被膜である 請求の範囲第 1項に記載のマイクロストリップアンテナ。
5 . 金属被膜が、 銅を主成分とする
請求の範囲第 4項に記載のマイクロストリップアンテナ。
6 . 放射導体に接続される給電ケーブルの端子が、 給電コネクタの内導体で ある芯線であると共に、 接地導体に接続される給電ケーブルの端子が、 給電コ ネクタの外導体であり、
その芯線が、 接地導体に設けられた孔部を揷通して、 接地導体には接触する ことなく放射導体に接続される
請求の範囲第 1ないし 5項に記載のマイクロストリップアンテナ。
7 . 放射導体または接地導体が、 合成樹脂製布である
請求の範囲第 1ないし 6項に記載のマイクロストリップアンテナ。
8 . 合成樹脂製布が、 銅被覆の上に表面ニッケル層を施したポリエステル繊 維から成る合成樹脂製布である
請求の範囲第 7項に記載のマイクロストリップアンテナ。
9 . 合成樹脂製布が、 銅被覆の上に表面ニッケル層を施したァラミド繊維か ら成る合成樹脂製布である
請求の範囲第 7項に記載のマイクロストリツプアンテナ。
1 0 . 誘電体基板が、 フェルト製である
請求の範囲第 1ないし 9項に記載のマイクロストリップアンテナ。
1 1 . 誘電体基板が、 生地類製である
請求の範囲第 1ないし 9項に記載のマイクロストリツプアンテナ。
1 2 . 請求の範囲第 1ないし 1 1項に記載のマイクロストリップアンテナが、 衣類の外表面に付設された
ことを特徴とするマイクロストリップアンテナ付きの衣類。
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