JPH1093330A - 円偏波アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アクティブ素子が実装可能でかつ円偏波化を
図ることができ、しかも構造も簡単で安価な円偏波アン
テナの提供。 【解決手段】 誘電体基板１の表面には円偏波系のアン
テナ素子として切り欠き２ａが設けられた円形パッチア
ンテナ２が配置されている。誘電体基板１の表面には、
円形パッチアンテナ２に接続されたマイクロストリップ
給電線路３が配置されている。誘電体基板１の裏面に
は、ＣＰＷ線路４が配置されている。ＣＰＷ線路４は、
マイクロストリップ線路５及びそれを両側に設けられた
地導体板６により構成される。ＣＰＷ線路４のマイクロ
ストリップ線路５は円形パッチアンテナ２に接続された
マイクロストリップ給電線路３と部分的に重なるように
配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばマイクロ波
帯やミリ波帯の送受信機に用いられる円偏波アンテナで
あって、特にアクティブ化に適する円偏波アンテナに関
する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロ波帯からミリ波帯に周波数が高
くなるにつれ給電線路の損失が大きくなり、特に素子数
が多いアレーアンテナでは受信信号のＳ／Ｎ比が劣化し
たり、高出力なＨＰＡが要求されることになる。このた
め、アレーアンテナを構成する各アンテナ素子ごと、あ
るいはサブアレーごとにＬＮＡやＨＰＡを設ける方法が
従来から用いられている。

【０００３】ＬＮＡやＨＰＡをアンテナ素子の近くに設
ける従来手法を図１２に示す。この例では、誘電体基板
１００の表面に円偏波パッチアンテナ１０１を形成する
と共に、裏面にスロット１０２を有する地導体板１０３
を配置し、その下に誘電体基板１０４を配置してその背
後のマイクロストリップ線路１０５より円偏波パッチア
ンテナ１０１に対して給電を行う開口結合アンテナにお
いて、誘電体基板１０４として誘電率が高いＧａＡｓな
どの材料を用いることで、ＬＮＡやＨＰＡなどをＭＭＩ
Ｃ化してマイクロ波・ミリ波デバイス等のアクティブ素
子１０６を実装している。

【０００４】しかし、この種の開口結合アンテナでは、
誘電体基板が２枚必要で、さらにそのうち１枚はＧａＡ
ｓなどの材料であるので、大変高価になるという問題が
ある。また、アレー数が多くなるにつれ、ＧａＡｓ基板
は割れやすくなり、アンテナ構成には適していない。さ
らに、かかる構成では、アクティブ素子１０６のグラン
ドを取るために誘電体基板１０４にスルーホールを設け
る必要があるため、製作工程が複雑で大変高価なアンテ
ナになるという問題がある。

【０００５】一方、１枚の誘電体基板でパッチアンテナ
とマイクロ波・ミリ波デバイスを構成する従来手法を図
１３に示す。この例では、誘電体基板１０７の表面にパ
ッチアンテナ１０８を形成し、その裏面にＣＰＷ線路１
０９をＣＰＷ給電パッチアンテナにおいて、ＣＰＷ線路
１０９上にアクティブ素子を実装している。このアンテ
ナでは、上述した誘電体基板に関する問題が解消するば
かりでなく、アクティブ素子のグランドがＣＰＷ線路１
０９面で取れるのでスルーホールを設ける必要もなくな
る。

【０００６】しかし、このアンテナでは、パッチアンテ
ナ１０８の所定の位置に切り欠き１１１を設けたとして
も、円偏波化を図ることはできないという問題がある。
これは、図１４に示すように、ＣＰＷ線路１０９におい
てマイクロストリップ線路１１５を囲う地導体板１１２
を流れるイメージ電流１１３がマイクロストリップ線路
１１５の影響で迂回してパッチアンテナ１０８を流れる
電流１１４よりも長くなり、良好な共振が得られなくな
るからである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる課題
に対処したもので、アクティブ素子が実装可能でかつ円
偏波化を図ることができ、しかも構造も簡単で安価な円
偏波アンテナを提供することを目的としている。

【０００８】本発明の別の目的は、より広帯域な特性を
有する円偏波アンテナを提供することにある。

【０００９】本発明のさらなる目的は、高帯域化を図り
つつ小形化・低損失化を図ることができる円偏波アンテ
ナを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め、本発明の円偏波アンテナは、第１の面と第２の面を
有する誘電体基板と、前記誘電体基板の第１の面に配置
された円偏波系のアンテナ素子と、前記誘電体基板の第
１の面に配置され、前記アンテナ素子に接続されたマイ
クロストリップ給電線路と、前記マイクロストリップ給
電線路と重なるように前記誘電体基板の第２の面に配置
されたＣＰＷ線路とを具備する。

【００１１】ここで、誘電体基板としては、ＧａＡｓな
どの高価で脆い材料を使う必要なくなる。円偏波系のア
ンテナ素子としては、円偏波パッチアンテナ等がある。
円偏波は、例えば円形パッチの所定の位置に切り欠きを
設けることで実現することができる。

【００１２】ＣＰＷ線路がマイクロストリップ線路の両
側に地導体板を有する構造であるので、ＦＥＴなどの３
端子マイクロ波やミリ波デバイスをＣＰＷ線路に接続す
ることに適している。誘電体基板の誘電率が低い場合は
マイクロ波やミリ波デバイスをバンプ実装することで、
マイクロストリップ線路と−体化することが容易であ
る。

【００１３】しかし、すでに説明したようにパッチアン
テナに対してＣＰＷ線路で給電しても円偏波を実現する
ことが出来ない。

【００１４】そこで、本発明では、上記構成とすること
で、つまりＣＰＷ線路よりアンテナ素子に直接接続され
たマイクロストリップ給電線路に近接結合給電し、これ
を介してアンテナ素子に給電する構成とすることで、Ｃ
ＰＷ線路を構成するマイクロストリップ線路の位置をア
ンテナ素子の直下よりずらし、ＣＰＷ線路を構成する地
導体板を流れるイメージ電流がＣＰＷ線路を構成するマ
イクロストリップ線路の影響を受けないようにしてい
る。これにより、アンテナ素子における電流長とマイク
ロストリップ線路における電流長が一致し、良好な共振
が得られることになる。よって、例えば円形パッチの所
定の位置に切り欠きを設けることによって、２種の所定
の電流路を形成し、円偏波を実現することができる。

【００１５】また、第２の発明の円偏波アンテナは、積
層された２枚の誘電体基板と、これら誘電体基板の一方
の表面に配置された円偏波系のアンテナ素子と、これら
誘電体基板の間に配置され、前記アンテナ素子に電磁結
合するマイクロストリップ給電線路と、前記マイクロス
トリップ給電線路と重なる給電部を持つように前記誘電
体基板の他方の表面に配置されたＣＰＷ線路とを具備す
る。

【００１６】本発明においてもＣＰＷ線路を構成するマ
イクロストリップ線路の位置をアンテナ素子の直下より
ずらし、ＣＰＷ線路を構成する地導体板を流れるイメー
ジ電流がＣＰＷ線路を構成するマイクロストリップ線路
の影響を受けないようにしている。これにより、アンテ
ナ素子における電流長とマイクロストリップ線路におけ
る電流長が一致し、良好な共振が得られることになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づき説明する。

【００１８】図１は本発明の一実施形態に係る円偏波ア
ンテナの斜視図、図２は平面図、図３は側断面図であ
る。

【００１９】符号１は誘電体基板であり、この誘電体基
板１の表面には円偏波系のアンテナ素子として切り欠き
２ａが設けられた円形パッチアンテナ２が配置されてい
る。切り欠き２ａは、例えば図２に示すように給電方向
より４５°回転した方向に２か所設けられている。これ
により円形パッチアンテナ２上に切り欠き２ａ方向への
電流２ｂとこれと直交する方向の電流２ｃを流すことで
円偏波アンテナを実現している。

【００２０】誘電体基板１の表面には、円形パッチアン
テナ２に接続されたマイクロストリップ給電線路３が配
置されている。また、誘電体基板１の裏面には、ＣＰＷ
線路４が配置されている。ＣＰＷ線路４は、マイクロス
トリップ線路５及びそれを両側に設けられた地導体板６
により構成される。ＣＰＷ線路４のマイクロストリップ
線路５は円形パッチアンテナ２に接続されたマイクロス
トリップ給電線路３と部分的に重なるように配置され、
ＣＰＷ線路を構成するマイクロストリップ線路３の位置
が円形パッチアンテナ２の直下よりずれたものとなって
いる。

【００２１】このようにＣＰＷ線路４のマイクロストリ
ップ線路５と円形パッチアンテナ２に接続されたマイク
ロストリップ給電線路３とを部分的に重なるように配置
したことで、図４に示すように、ＣＰＷ線路４とマイク
ロストリップ線路３の電界の向きは矢印で示すようにな
る。このように電界が生じるためにＣＰＷ線路４のマイ
クロストリップ線路５と円形パッチアンテナ２に接続さ
れたマイクロストリップ線路３は直接的な接続がないが
電磁界的に結合する。即ち、ＣＰＷ線路４に給電にする
ことで円形パッチアンテナ２を励振でき、円偏波を放射
できることになる。

【００２２】このように構成された円偏波アンテナで
は、図５乃至図７に示すようにＣＰＷ線路４とマイクロ
ストリップ線路３との重なる部分を用いて、フィルタや
整合回路等のマイクロ波デバイスやミリ波デバイス等の
アクティブ素子７となるように線路を構成することがで
きるので、等価的にアンテナの帯域幅を広帯域化するこ
とができる。

【００２３】ＣＰＷ線路４は、マイクロストリップ線路
５の両サイドに地導体板６を有する構造であるので、ス
ルーホールを設ける必要もなくＦＥＴなどの３端子マイ
クロ波やミリ波デバイスをＣＰＷ線路４に接続すること
に適している。このために容易にアンテナのアクティブ
化が図れる。

【００２４】次に、本発明の他の実施形態を説明する。

【００２５】図８はこの実施形態に係るに係る円偏波ア
ンテナの分解斜視図、図９はその平面図、図１０はその
側断面図である。

【００２６】符号１１、１２はそれぞれ誘電体基板を示
しており、これら誘電体基板１１、１２は積層されてい
る。誘電体基板１１の表面には円偏波系のアンテナ素子
として切り欠き１３ａが設けられた円形パッチアンテナ
１３が配置されている。切り欠き１３ａは、例えば図９
に示すように給電方向より４５°回転した方向に２か所
設けられており、これにより円偏波アンテナを実現して
いる。

【００２７】これら誘電体基板１１、１２の間には、マ
イクロストリップ給電線路１４が形成されている。この
マイクロストリップ給電線路１４は、上記の円形パッチ
アンテナ１３と重なり合う部分を有することで電磁結合
している。

【００２８】誘電体基板１２の下面には、ＣＰＷ線路１
５が配置されている。ＣＰＷ線路１５は、マイクロスト
リップ線路１６及びそれを両側に設けられた地導体板１
７により構成される。ＣＰＷ線路１５のマイクロストリ
ップ線路１６は誘電体基板１１、１２間に配置されたマ
イクロストリップ給電線路１４と部分的に重なるように
配置されている。この結果、ＣＰＷ線路１５を構成する
マイクロストリップ線路１６の位置が円形パッチアンテ
ナ１３の直下よりずれたものとなっている。

【００２９】このように構成された円偏波アンテナは、
マイクロストリップ給電線路１４と円形パッチアンテナ
１３とが電磁結合するように構成されている点を除け
ば、図１に示した円偏波アンテナと同じように動作す
る。しかし、このアンテナは、アンテナ素子を形成した
誘電体基板１１の誘電率を低く、ＣＰＷ線路１５を形成
した誘電体基板１２の誘電率を高くすることができる、
という特徴を有する。すなわち、アンテナ１３側の特性
（帯域幅など）をよくするには、誘電体基板１１の誘電
率を低くすべきで、マイクロ波・ミリ波デバイスを形成
するＣＰＷ線路１５側の特性（小形化・低損失など）を
よくするには、誘電体基板１２の誘電率を高くすべきで
あり、この実施形態に係る円偏波アンテナは、このよう
な要求を満足するものである。

【００３０】さらに、この円偏波アンテナでも、図５〜
図７に示すようにＣＰＷ線路とマイクロストリップ線路
との重なる部分を用いて、フィルターや整合回路等から
なるマイクロ波ミリ波デバイスに線路を構成することが
できるので、等価的にアンテナの帯域幅を広帯域化する
ことができる。また、ＣＰＷ線路に対し、マイクロ波・
ミリ波デバイスをバンプ実装することでより製造が簡単
になり、かつ、低価格化を実現することができる。

【００３１】本発明は上述した実施形態に限定されるも
のではなく、その技術思想の範囲内において様々な変形
が可能である。

【００３２】例えば、上述した実施形態においては円偏
波系のアンテナ素子として円形パッチを用いて説明した
が、その形状は矩形パッチ、楕円パッチ、三角形パッチ
等の任意の形状でよく、また切り欠き位置も円偏波を実
現できるものであればよく、上記の実施形態に限定され
るものではない。

【００３３】また、本発明の円偏波アンテナは、図１１
に示すようにアレー化してもよい。このレーアンテナ
は、図１〜図３に示した円偏波アンテナを４組並べて構
成しているが、その組数は特に限定されない。また、図
８〜図１０に示した円偏波アンテナをアレー化してもよ
い。

【００３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の円偏波ア
ンテナによれば、第１の面と第２の面を有する誘電体基
板と、前記誘電体基板の第１の面に配置された円偏波系
のアンテナ素子と、前記誘電体基板の第１の面に配置さ
れ、前記アンテナ素子に接続されたマイクロストリップ
給電線路と、前記マイクロストリップ給電線路と重なる
ように前記誘電体基板の第２の面に配置されたＣＰＷ線
路とを具備したので、１枚の誘電体基板でアンテナを構
成でき、かつその誘電体基板としてＧａＡｓなどの高価
で脆い材料を使う必要なく、さらにスルーホールも不要
となる。また、ミリ波帯デバイスを容易に給電線路に設
けることができるので、簡単な構成でアクティブアンテ
ナを実現することができる。また、ＣＰＷ給電線路とマ
イクロストリップ線路との重なる部分をフィルタとして
動作させることができるので、広帯域アンテナを実現で
きる。

【００３５】また、本発明の円偏波アンテナによれば、
積層された２枚の誘電体基板と、これら誘電体基板の一
方の表面に配置された円偏波系のアンテナ素子と、これ
ら誘電体基板の間に配置され、前記アンテナ素子に電磁
結合するマイクロストリップ給電線路と、前記マイクロ
ストリップ給電線路と重なる給電部を持つように前記誘
電体基板の他方の表面に配置されたＣＰＷ線路とを具備
したので、上記効果に加え、高帯域化を図りつつ小形化
・低損失化を図ることができる。これは、２枚の誘電体
基板を積層した構造であるので、アンテナ素子側の誘電
体基板の誘電率を低くする一方、ＣＰＷ線路側の誘電体
基板の誘電率を高く設定することができるからである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る円偏波アンテナの斜
視図である。

【図２】図１に示した円偏波アンテナの平面図である。

【図３】図２に示した円偏波アンテナのＡ−Ａ側断面図
である。

【図４】図１に示した円偏波アンテナの部分平面図であ
る。

【図５】図１に示した円偏波アンテナにアクティブ素子
を搭載した第１の例を示す平面図である。

【図６】図１に示した円偏波アンテナにアクティブ素子
を搭載した第２の例を示す平面図である。

【図７】図１に示した円偏波アンテナにアクティブ素子
を搭載した第３の例を示す平面図である。

【図８】本発明の他の実施形態に係る円偏波アンテナの
分解斜視図である。

【図９】図８に示した円偏波アンテナの平面図である。

【図１０】図８に示した円偏波アンテナの側断面図であ
る。

【図１１】図１に示した円偏波アンテナをアレー化した
例を示す平面図である。

【図１２】ＬＮＡやＨＰＡをアンテナ素子の近くに設け
る従来手法をに示す図である。

【図１３】１枚の誘電体基板でパッチアンテナとマイク
ロ波・ミリ波デバイスを構成する従来手法を示す図であ
る。

【図１４】従来手法の問題点を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１ 誘電体基板 ２ａ 切り欠き ２ 円形パッチアンテナ ３ マイクロストリップ給電線路 ４ ＣＰＷ線路 ５ マイクロストリップ線路 ６ 地導体板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の面と第２の面を有する誘電体基板
   と、 前記誘電体基板の第１の面に配置された円偏波系のアン
   テナ素子と、 前記誘電体基板の第１の面に配置され、前記アンテナ素
   子に接続されたマイクロストリップ給電線路と、 前記マイクロストリップ給電線路と重なる給電部を持つ
   ように前記誘電体基板の第２の面に配置されたＣＰＷ線
   路とを具備することを特徴とする円偏波アンテナ。
2. 【請求項２】 積層された２枚の誘電体基板と、 これら誘電体基板の一方の表面に配置された円偏波系の
   アンテナ素子と、 これら誘電体基板の間に配置され、前記アンテナ素子に
   電磁結合するマイクロストリップ給電線路と、 前記マイクロストリップ給電線路と重なる給電部を持つ
   ように前記誘電体基板の他方の表面に配置されたＣＰＷ
   線路とを具備することを特徴とする円偏波アンテナ。