JP2000295028A

JP2000295028A - マイクロストリップアンテナ

Info

Publication number: JP2000295028A
Application number: JP11097180A
Authority: JP
Inventors: Joji Tamura; 条治田村; Hiroshi Asami; 博志浅見; Yukikazu Arai; 幸和新井
Original assignee: TAISE KK
Current assignee: TAISE KK
Priority date: 1999-04-05
Filing date: 1999-04-05
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】給電部に起因した電気的な寄生インピーダンス
を補償し、高いアンテナ効率を有し、共振周波数の広帯
域化を図ることを可能とする背面給電方式のマイクロス
トリップアンテナを提供する。【解決手段】マイクロストリップアンテナは、（イ）誘
電体基板１０、（ロ）該誘電体基板１０の表面１０Ａに
形成され、給電点２４が設けられ、開放境界を有する放
射導体部２０、及び、（ハ）該誘電体基板１０の裏面１
０Ｂに設けられ、給電点２４と電気的に接続された給電
部３０から構成されており、放射導体部２０は、第１の
放射導体部２１と、該第１の放射導体部２１によって囲
まれ、且つ、該第１の放射導体部２１と離間した第２の
放射導体部２２とから構成され、第１の放射導体部２１
と第２の放射導体部２２との間で容量結合が形成され、
第２の放射導体部２２に給電点２４が設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロストリッ
プアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】平面アンテナの典型例であるマイクロス
トリップアンテナが、例えば、マイクロ波帯における衛
星通信や衛星放送等、あるいは又、移動体通信用の送受
信用アンテナとして使用されている。このマイクロスト
リップアンテナは、円形又は矩形の開放境界を有する放
射導体部が誘電体基材の表面に形成された構造を有し、
放射器としての機能を有する。マイクロストリップアン
テナの代表的な給電方式として、背面給電方式を挙げる
ことができる。かかる給電方式のマイクロストリップア
ンテナの模式的な端面図を図３の（Ａ）に示し、模式的
な平面図を図３の（Ｂ）に示す。このマイクロストリッ
プアンテナは、誘電体基材１１０と、開放境界を有する
放射導体部１２０と、該誘電体基材１１０の裏面１１０
Ｂに設けられた同軸コネクタ１３０から成る給電部から
構成されている。平面形状が円形の放射導体部１２０
は、誘電体基材１１０の表面１１０Ａに形成されてお
り、給電点１２４が設けられている。また、同軸コネク
タ１３０は、外部導体１３１、中心導体１３２、並び
に、外部導体１３１と中心導体１３２との間の絶縁を確
保する絶縁材料層１３３から構成されている。そして、
中心導体１３２の先端部は、誘電体基材１１０に設けら
れた貫通孔１１１を経由して給電点１２４に電気的に接
続されている。尚、外部導体１３１は、誘電体基材１１
０の裏面１１０Ｂに形成された導体層１１２に接地され
ている。

【０００３】ところで、背面給電方式のマイクロストリ
ップアンテナにおいては、通常、給電系との整合方法と
して、給電点１２４を適切な位置に配置する方法が採用
されている。即ち、一般に、主モードで励起されたマイ
クロストリップアンテナの入力インピーダンスＺ_inは、
放射導体部１２０の中心（図３の（Ｂ）において「×」
印で表す）から給電点１２４までの距離ρによって異な
る。共振周波数及びその近傍の周波数領域における入力
インピーダンスＺ_inは、距離ρに比例し、放射導体部１
２０の中心での値０から開放境界での値数百Ωまで増加
する。従って、例えば特性インピーダンス５０Ω程度の
給電系との間で整合をとるために、通常、円形の放射導
体部の半径を「ａ」としたとき、距離ρの値を０．３ａ
程度としている。また、矩形の放射導体部を有するマイ
クロストリップアンテナにおいては、給電点と放射導体
部の中心を結ぶ直線をＸ軸、Ｘ軸と直交し、放射導体部
の中心を通る直線をＹ軸とし、Ｘ軸と平行な矩形の辺の
長さを「ａ」としたとき、距離ρの値を０．１５ａ程度
としている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】一般に、マイクロスト
リップアンテナの共振周波数の帯域は極めて狭い。無負
荷Ｑ値は、誘電体基材を構成する材料の比誘電率ε_rに
比例し、誘電体基材の厚さｔに反比例する。従って、比
誘電率ε_rの低い材料から成る誘電体基材を使用した
り、誘電体基材の厚さｔを厚くすることによって、無負
荷Ｑ値を２０〜３０程度とすることで、マイクロストリ
ップアンテナの共振周波数の広帯域化を図っている。

【０００５】ところで、同軸コネクタ１３０を構成する
中心導体１３２に起因した電気的な寄生インピーダンス
が存在する。そして誘電体基材の厚さｔを厚くすると、
中心導体１３２の長さを長くする必要が生じる結果、中
心導体１３２に起因した電気的な寄生インピーダンスが
無視できない値となり、背面給電方式のマイクロストリ
ップアンテナと給電系との不整合により損失が大きくな
る場合がある。

【０００６】従って、本発明の目的は、給電部に起因し
た電気的な寄生インピーダンスを補償し、高いアンテナ
効率を有し、共振周波数の広帯域化を図ることを可能と
する背面給電方式のマイクロストリップアンテナを提供
することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明のマイクロストリップアンテナは、（イ）誘
電体基材、（ロ）該誘電体基材の表面に形成され、給電
点が設けられ、開放境界を有する放射導体部、及び、
（ハ）該誘電体基材の裏面に設けられ、給電点と電気的
に接続された給電部、から構成されており、放射導体部
は、第１の放射導体部と、該第１の放射導体部によって
囲まれ、且つ、該第１の放射導体部と離間した第２の放
射導体部とから構成され、第１の放射導体部と第２の放
射導体部との間で容量結合が形成され、第２の放射導体
部に給電点が設けられていることを特徴とする。

【０００８】本発明のマイクロストリップアンテナにお
いては、放射導体部の平面形状（より具体的には第１の
放射導体部の平面形状）は円形又は矩形であり、給電点
は、放射導体部の中心（より具体的には第１の放射導体
部の中心）からずれた位置に配置されていることが好ま
しい。第１の放射導体部と第２の放射導体部との離間
は、例えば、第１の放射導体部と第２の放射導体部との
間に溝（隙間あるいはギャップ）を設けることによって
達成することができる。放射導体部の中心から給電点ま
での距離ρは、マイクロストリップアンテナの入力イン
ピーダンスＺ_inと給電系の特性インピーダンスとの間に
整合が取れるような値とすればよく、各種の試験によっ
て決定すればよい。第２の放射導体部の平面形状も円形
又は矩形であり、給電点は、第２の放射導体部の中心に
配置されていることが好ましい。第１の放射導体部の大
きさはマイクロストリップアンテナの要求される共振周
波数に基づき決定すればよい。また、第２の放射導体部
の大きさ、溝の幅も、各種の試験によって決定すればよ
い。尚、第１あるいは第２の放射導体部の平面形状は円
形や矩形に限定されず、多角形、楕円等とすることもで
きる。また、第１の放射導体部の平面形状と、第２の放
射導体部の平面形状とは、同じであっても（即ち、相似
であっても）、異なっていてもよい。

【０００９】本発明のマイクロストリップアンテナにお
いては、誘電体基材の両面に金属箔（例えば銅箔）を積
層した材料から放射導体部を作製することができる。こ
の場合、誘電体基材の表面に積層された金属箔をエッチ
ングすることによって放射導体部を形成することがで
き、誘電体基材の裏面に積層された金属箔はアンテナア
ース部の金属層としての機能を果たす。あるいは、誘電
体基材の表面にめっき法にて放射導体部を形成すること
もできる。この場合、誘電体基材は平面状（板状）だけ
でなく、立体構造とすることもでき、マイクロストリッ
プアンテナを立体形状とすることができる。更には、放
射導体部を、銀、銅、金等から成る導電性ペーストを印
刷、硬化させることによって形成することができる。あ
るいは又、誘電体基材に対してスパッタリングを行うこ
とによって金属層を形成した後、かかる金属層をエッチ
ングすることによって放射導体部を形成することもでき
る。誘電体基材を構成する材料として、ガラス繊維強化
のエポキシ板あるいはエポキシ材、ポリテトラフルオロ
エチレン板あるいはポリテトラフルオロエチレン材、繊
維強化のポリテトラフルオロエチレン板あるいは繊維強
化のポリテトラフルオロエチレン材、照射ポリエチレン
板あるいは照射ポリエチレン材、発泡フォーム材料とフ
ィルム材料の組合せ、アルミナ、セラミック、ペーパー
ハニカムを挙げることができる。

【００１０】給電部は、例えば、中心導体と外部導体と
から構成された同軸コネクタ、同軸線路と給電線の組合
せ、同軸線路とセミリジッドケーブルの組合せ、同軸線
路と導波管の組合せから構成することができる。

【００１１】本発明のマイクロストリップアンテナにお
いては、第１の放射導体部と第２の放射導体部とが例え
ば溝によって離間されており、第１の放射導体部と第２
の放射導体部との間で容量結合が形成される。従って、
給電部を構成する例えば中心導体の長さが長くなり、中
心導体に起因した電気的な寄生インピーダンスが無視で
きない値となっても、かかる寄生インピーダンスを補償
することができる。それ故、マイクロストリップアンテ
ナと給電系との間の整合を確実に取ることができる。ま
た、給電点の位置精度や寸法精度を軽減することが可能
となる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して、実施例に基づき本発
明を説明する。

【００１３】図１の（Ａ）に本発明のマイクロストリッ
プアンテナの模式的な端面図を示し、図１の（Ｂ）に模
式的な平面図を示す。

【００１４】このマイクロストリップアンテナは、誘電
体基材１０と、平面形状が円形の開放境界を有する放射
導体部２０と、誘電体基材１０の裏面１０Ｂに設けられ
た（配設された）給電部から構成されている。放射導体
部２０は、誘電体基材１０の表面１０Ａに形成されてお
り、給電点２４が設けられている。また、例えば同軸コ
ネクタ３０から構成された給電部は、具体的には、外部
導体３１、中心導体３２、並びに、外部導体３１と中心
導体３２との間の絶縁を確保する絶縁材料層３３（例え
ば、ポリテトラフルオロエチレン樹脂から成る）から構
成されている。そして、中心導体３２の先端部は、誘電
体基材１０に設けられた貫通孔１１を経由して給電点２
４に電気的に接続されている。具体的には、中心導体３
２の先端は放射導体部２０の給電点２４に半田付けさ
れ、あるいは圧入されている。また、外部導体３１は、
誘電体基材１０の裏面１０Ｂに形成された導体層（アー
スグランド層）１２に接地されている。

【００１５】放射導体部２０は、第１の放射導体部２１
と、この第１の放射導体部２１によって囲まれ、且つ、
第１の放射導体部２１と離間した第２の放射導体部２２
とから構成されている。第１の放射導体部２１と第２の
放射導体部２２との離間は、溝２３によって達成されて
いる。即ち、第２の放射導体部２２は、溝２３によって
第１の放射導体部２１から分離されている。これによっ
て、第１の放射導体部２１と第２の放射導体部２２との
間で容量結合が形成される。また、第２の放射導体部２
２に給電点２４が設けられている。具体的には、第１の
放射導体部２１の外縁の形状は半径８．３５ｍｍの円形
であり、第２の放射導体部２２の外縁の形状は半径１．
７２５ｍｍの円形である。第１の放射導体部２１と第２
の放射導体部２２とを分離する溝２３の平面形状は環状
であり、溝２３の幅は０．１２５ｍｍである。給電点２
４は第２の放射導体部２２の中心に設けられている。第
１の放射導体部２１の中心から第２の放射導体部２２の
中心までの距離、即ち、放射導体部２０の中心（図１の
（Ｂ）において「×」印で表す）から給電点２４までの
距離ρを４．５ｍｍとした。

【００１６】マイクロストリップアンテナは、例えば、
厚さ１８μｍの銅箔が両面に積層された厚さ１．６ｍｍ
のプリント配線板用銅張積層板（ガラス布基材エポキシ
樹脂、比誘電率ε_r＝２．６）を用い、銅箔をエッチン
グすることによって、表面に第１の放射導体部２１、第
２の放射導体部２２及び溝２３を形成することができ、
併せて、裏面に導体層１２を形成することができる。
尚、この場合には、誘電体基材１０は、エポキシ樹脂が
含浸されたガラス布基材から構成される。第１の放射導
体部２１、第２の放射導体部２２、溝２３、導体層１２
を形成した後、ガラス布基材に貫通孔１１を設けてもよ
いし、貫通孔１１を設けた後に、第１の放射導体部２
１、第２の放射導体部２２、溝２３、導体層１２を形成
してもよい。

【００１７】以上、本発明を好ましい実施例に基づき説
明したが、本発明はこれに限定されるものではない。給
電点は１カ所に限定されず、２カ所以上とすることもで
きる。後者の場合には、給電点の数だけ、溝によって第
１の放射導体部と分離された第２の放射導体部を設けれ
ばよく、各第２の放射導体部に給電点を設ければよい。
更には、本発明のマイクロストリップアンテナを基本素
子としてアレイ化し、マイクロストリップアンテナ・ア
レーとすることもできる。また、直線波用マイクロスト
リップアンテナや円偏波用マイクロストリップアンテナ
に対しても、本発明のマイクロストリップアンテナを適
用することができる。第１の放射導体部と第２の放射導
体部との間で形成される容量結合には、容量結合と他の
結合（例えば、誘導結合、電磁結合、位相結合、方向性
結合）の組合せも包含される。

【００１８】場合によっては、誘電体基材を用いること
なく、自由空間形式の背面給電方式のマイクロストリッ
プアンテナを構成することもできる。模式的な端面図を
図２に示すこのマイクロストリップアンテナは、平面形
状が例えば円形の開放境界を有する放射導体部４０と、
この放射導体部４０に対向して配置された導体層（アー
スグランド層）５０とから構成されている。放射導体部
４０とアースグランド層５０との間には、例えばポリテ
トラフルオロエチレン樹脂といった絶縁材料から成る柱
状部材５１やリング状部材５２が配設されており、放射
導体部４０とアースグランド層５０との間には空間４５
が存在する。放射導体部４０には給電点４４が設けられ
ている。また、例えば同軸コネクタ３０から構成された
給電部は、具体的には、外部導体３１、中心導体３２、
並びに、外部導体３１と中心導体３２との間の絶縁を確
保する絶縁材料層３３から構成されている。そして、中
心導体３２の先端部は給電点４４に電気的に接続されて
いる。また、外部導体３１はアースグランド層５０に接
地されている。

【００１９】放射導体部４０は、第１の放射導体部４１
と、この第１の放射導体部４１によって囲まれ、且つ、
第１の放射導体部４１と離間した第２の放射導体部４２
とから構成されている。第１の放射導体部４１と第２の
放射導体部４２との離間は、隙間（ギャップ）４３によ
って達成されている。即ち、第２の放射導体部４２は、
隙間４３によって第１の放射導体部４１から分離されて
いる。これによって、第１の放射導体部４１と第２の放
射導体部４２との間で容量結合が形成される。また、第
２の放射導体部４２に給電点４４が設けられている。

【００２０】

【発明の効果】本発明のマイクロストリップアンテナに
おいては、第１の放射導体部と第２の放射導体部との間
で容量結合が形成されるので、給電部に起因した電気的
な寄生インピーダンスが無視できない値となっても、か
かる寄生インピーダンスを補償することができる。それ
故、マイクロストリップアンテナと給電系との間の整合
を確実に取ることができるし、マイクロストリップアン
テナの共振周波数の広帯域化を図ることができる。ま
た、給電点の位置精度や寸法精度を軽減することが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のマイクロストリップアンテナの模式的
な端面図及び平面図である。

【図２】自由空間形式の背面給電方式のマイクロストリ
ップアンテナの模式的な端面図である。

【図３】従来のマイクロストリップアンテナの模式的な
端面図及び平面図である。

【符号の説明】

１０・・・誘電体基材１０Ａ・・・誘電体基材の表面１０Ｂ・・・誘電体基材の裏面１１・・・貫通孔１２・・・導体層（アースグランド層）２０・・・放射導体部２１・・・第１の放射導体部２２・・・第２の放射導体部２３・・・溝２４・・・給電点３０・・・給電部（同軸コネクタ）３１・・・外部導体３２・・・中心導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新井幸和埼玉県秩父郡吉田町大字下吉田6972 株式会社タイセー内Ｆターム(参考） 5J045 AA01 AA02 AB06 DA10 EA07 HA06 JA11 LA01 NA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（イ）誘電体基材、（ロ）該誘電体基材の表面に形成され、給電点が設けら
れ、開放境界を有する放射導体部、及び、（ハ）該誘電体基材の裏面に設けられ、給電点と電気的
に接続された給電部、から構成された背面給電方式のマ
イクロストリップアンテナであって、放射導体部は、第
１の放射導体部と、該第１の放射導体部によって囲ま
れ、且つ、該第１の放射導体部と離間した第２の放射導
体部とから構成され、第１の放射導体部と第２の放射導
体部との間で容量結合が形成され、第２の放射導体部に
給電点が設けら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。
【請求項２】放射導体部の平面形状は、円形又は矩形で
あり、給電点は、放射導体部の中心からずれた位置に配置され
ていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロスト
リップアンテナ。