JPS62203404A - 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】 （産業上の利用分野） この発明は、マイクロ波帯で使用するアンテナに関し、
特にマイクロストリップアンテナの低損失かつ広帯域化
を実現するアンテナ構造に関するものである。

（従来の技術） マイクロストリップアンテナは、ＩＩＪｔで、薄型であ
り、かつ製作が容易であるなど、多くの利点を有してい
る反面、マイクロストリップ給電線による損失が多く、
アンテナの周波数帯域が狭いという欠点を有している。

従来、給電損失を小さくするには、導波管による給電な
どの手段がとられていたが、この方法によると、マイク
ロストリップアンテナの軽量、薄型という利点が生かさ
れない欠点があった。

また、広帯域化するには、無給電素子をマイクロストリ
ップアンテナ素子の近傍に設ける方法、あるいは、素子
寸法の異なるマイクロストリップアンテナを組合せて、
２周波共用をさせて広帯域化をはかる方法などがある。

しかし、これらの方法は、構造が複雑であったり、経費
がかかるなどの欠点があった。

また、以上述べたような、従来の技術で、低損失で、か
つ広帯域の両方を満足させようとすると、上述した構造
の複雑さや経費が嵩むなどの問題点がさらに大きくなる
のは明らかである。

一方、マイクロストリップアンテナで、アレーアンテナ
を構成した場合、給電方法としては、直列型と並列型が
ある。

直列型給電アレーは、周波数によって各素子の励振位相
が変わり、利得が落ちるため、・広帯域にできない欠点
がある。これに対して、並列型給電アレーは、給電損失
でアンテナ効率は低下するものの、入力端子から各素子
までの線路長が等しいので、広帯域な特性を得ることが
できて、給電損失を、できるだけ低く抑えるように配慮
すれば十分実用性のあるアンテナとなる。

並列型給電アレーで、問題となる給電損失は、銅損、放
射損、誘電体損の３つである。このうら、誘電体損は誘
電体基板材料で決まるのに対し、銅損および放射損は、
基板の厚さ、給電線路の特性インピーダンスによって異
なる値をとる。

また、放射損は、線路の曲り、２分配など、線路の不連
続部より生じる。第６図は、線路の曲りや、２分配点が
、線路上に一様に分布している場合の、誘電体基板の厚
さに対する銅損、放射損の関係を示す一計算例の図であ
る。この図で分かように、給電損失の最低となる点が存
在するが、その値は基板の材質で異なり、通常使用され
ている材質では、基板厚を適切にしようとすると、特性
インピーダンスはかなり高くなる。また、特性インピー
ダンスを低くしようとすると、基板厚は薄くなり、実用
に供し得ないという問題に直面する。

また、同一基板上にマイクロストリップ線路とマイクロ
ストリップアンテナ素子を同じ基板厚で構築する際、後
述するように、マイクロストリップアンテナのＱ値を低
くし、広帯域化するために、基板厚をある程度大きくし
ようとすると、特性インピーダンスを極端に高くとらな
いと銅損と放射損との和を小さくすることが出来ない。

また、給電線路からみると、誘電率、特性インピーダン
ス、基板厚、線路幅の相互の関係より、（電子通信ハン
ドブックＰ７４４参照）線路幅と基板厚の比は、極端に
小さくなり、製作不能な程に、その線路幅は細くなる。

また線路幅をある程度確保すると、基板厚が薄くなりす
ぎて、アンテナ素子の周波数帯域が狭帯域になる。

一般に、マイクロストリップアンテナの周波数帯域は次
式により求められる。

Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ　＝　　（ＶＳＷＲ−１）／Ｑ　！
ＶＴＷ”ＦＱ値は、基板の誘電率に比例し、基板厚に逆
比例することが知られている。従って、給電損失が小さ
くなるような、薄い誘電体基板の、同一面上に給電線と
、マイクロストリップアンテナとを作成すると、給電損
失は小さくなるものの、アンテナ素子のＱ値が上昇し、
周波数帯域の狭いアンテナになる。

（発明が解決しようとする問題点） そこで、本発明の目的は、軽量で、薄型であり、製作が
容易で、かつ、量産も可能なマイクロ波帯用アンテナを
、提供することを目的とするものである。

さらに、アンテナ素子への給電線からの放射損失を少な
くし、かつ、広い周波数帯域に使用できるすぐれた特性
のマイクロ波帯用アンテナを実現することを目的とする
ものである。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明は、マイクロストリップ給電線の損失が
最小となるように、基板の厚さを、姦通化し、そして、
マイクロストリップアンテナ素子の下部に所定の厚みを
持つ間隙を設けた接地部材を配貨することにより、マイ
クロストリップアンテナの利点を損うことなく、すぐれ
た特性のマイクロ波帯用アンテナを実現する手段を提供
するものでる。すなわち、誘電体基板の一方の主面上に
、マイクロストリップアンテナ素子と、マイクロストリ
ップアンテナ素子に接続された給電線とを配置し、誘電
体基板の他方の主面上に接地部材を配置し、接地部材は
マイクロストリップアンテナ素子と対向する部分が、マ
イクロストリップアンテナ素子の外縁よりやや大きな形
で除去され、マイクロストリップアンテナ素子は所定の
厚さの低誘電率材料あるいは空気層よりなる間隙を隔て
て、接地部材と対向する構造を持つことを特徴とする。

〔作　用〕

従って、本発明を実施化することにより、誘電体基板の
厚みを、マイクロストリップ給電線の損失が、最小にな
るように選定し、しかも、マイクロストリップアンテナ
素子と、接地部材との間に、間隙を設ける構造にしであ
るから、そのＱ値を適正にとることができて、周波数帯
域を広帯域とすることができる。さらにマイクロストリ
ップアンテナが軽量で、薄型であり、かつ製作が容易で
あるという利点を生かすことが可能であり、すぐれたマ
イクロ波帯用のアンテナを実現することが可能である。

（実施例） 本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

第１図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明によるマイクロス
トリップアンテナの、構造の一実施例を示す図である。

１はマイクロストリップアンテナ素子、２は基板接地部
材、３は間隙、４はアンテナ素子接地部材、５は誘電体
基板、６は給電線である。

第１図において、マイクロストリップアンテナ素子１は
、マイクロストリップ給電線６の給電損失が小さくなる
ような、薄い誘電体基板５上に、マイクロストリップ給
電線６と共に形成されている。基板接地部材２は、給電
線に対する接地である。マイクロストリップアンテナ素
子１の下側の基板接地部材２は、素子の外縁よりやや大
きめのサイズで取除かれており、マイクロストリップア
ンテナ素子１は、低誘電率材料、あるいは空気層から成
る、間隙３を介して、アンテナ素子接地部材４と対向し
ている。従って、給電線６は簿い誘電体基板上にあって
損失が小さく、また、マイクロストリップアンテナ素子
１自体は、間隙を介することによって、実効的な基板厚
が大きくなると共に、実効的な誘電率も小さくなって、
Ｑ値は下がり、その結果、周波数帯域は広くなる。

第２図（Ａ）および（Ｂ）は、本発明によるマイクロス
トリップアンテナの、構造の他の一実施例を示す図であ
る。

第１図（Ｂ）では、マイクロストリップアンテナ素子に
対向する接地部材と、基板接地部材とで二層とする構造
にしたもので説明したが、第２図（Ｂ）に示すように接
地部材７は一体とすることもできる。この場合、マイク
ロストリップアンテナ素子の外縁よりも大きいくぼみの
穴をあけた部材にしである。

さらに、複数個のマイクロストリップアンテナ素子を有
する本発明の他の実施例を第３図〜第５図に示す。

第３図は、第１図に示したマイクロストリップアンテナ
素子からなるアレーアンテナを複数個配置したうちの一
部分の構造を示す断面図である。

図中　、１−１および１−２はマイクロストリップアン
テナ素子、２は基板接地部材、３−１および３−２は間
隙、４−１および４−２はアンテナ素子接地部材、５は
誘電体基板であり、それぞれ、第１図の各部分１〜５に
対応する。

第４図は、第２図に示したマイクロストリップアンテナ
素子からなるアレーアンテナを複数個配置したうちの一
部分の構造を示す断面図である。

図中、１−１および１−２はマイクロストリップアンテ
ナ素子、３−１および３−２は間隙、５は誘電体基板で
あり、それぞれ、第１図の各部分１〜５に対応する。７
は基板接地部材２と一体に構成したアンテナ素子接地部
材である。

さらに、第５図は、アンテナ素子２個を配置された部分
の構造の断面図である。

図中　、１−１および１−２はマイクロストリップアン
テナ素子、２は基板接地部材、３は間隙、４はアンテナ
素子接地部材、５は誘電体基板である。

本例においても、マイクロストリップアンテナ素子１−
１および１−２の各々の下側の基板接地部材２は、アン
テナ素子の外縁よりやや大きめのサイズで、それぞれ取
除かれており、マイクロストリップアンテナ素子１−１
および１−２は、低誘電率材料あるいは空気層から成る
間隙３を介して、共通のアンテナ素子接地部材４と対向
している。

〔発明の効果〕

先に述べたように、マイクロストリップアンテナは、＠
量で、薄型であり、かつ、その製作も容易であるから、
量産可能なアンテナである。

マイクロストリップアンテナの周波数帯域は、誘電体基
板厚の増加と共に、広くなっていくが、同時に、同一基
板面上に作成されたマイクロストリップ給電線の損失も
、曲がり部や分配点などの不連続部からの放射損が、基
板厚の増加と共に、増えてくる。特に、アレー構成にし
た場合は、この給電損失が問題となる。

従って、従来の方法では、上記の利点を損うことなく、
低損失で、かつ、周波数の広帯域性を満足させるマイク
ロストリップアンテナおよび、アレーアンテナを実現さ
せることは困難であった。

本発明は、マイクロストリップ給電線の損失が、最小に
なるように基板厚を最適化しつつ、マイクロストリップ
アンテナ素子の下部に所定の厚みを持つ間隙を設けて、
接地部材を二層構造にすることによって、マイクロスト
リップアンテナの利点を損うことなく、両者を満足させ
ることができる。よって、この発明を実施することによ
り、低損失、かつ、周波数の広帯域なマイクロストリッ
プアンテナが、容易に実現可能である。

なお、第２図（Ｂ）により上述で説明したように、接地
部材としては、二層構造とせず、一体にしたものでも、
容易に実現することができる。

また、マイクロストリップアンテナ素子の形は、第１図
（Ａ）に示した方形パッチに限らず、円形パッチなど、
さまざまな形に、本発明を適用することが可能である。

また、アンテナの偏波にも限定されず、円偏波素子、直
線偏波素子の両方に適用することも可能である。アンテ
ナ素子の下部の間隙は、低誘電率材料、あるいは空気層
で構成することによって、安価に、そして容易に任意の
厚みで、任意の形を持たせることができると共に、実効
的な誘電率を下げ、さらに周波数特性の広帯域化に寄与
することが可能となる。また、本構成法によるアンテナ
利得の低下や、放射パターンの劣化はなく、良好な特性
が得られる。

以上説明したような種々の利点により、本発明を並列給
電型マイクロストリップアレーアンテナに応用すること
が可能である。本構成法によるマイクロストリップアレ
ーアンテナは、給電損失が小さく、また、アレー化によ
ってさらに周波数特性が広帯域になることは明らかであ
る。また、同一基板面上に給電線とアンテナ素子を形成
できるため、製作が容易で、低廉化に適したアレーアン
テナである。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）および（Ｂ）は本発明によるマイクロスト
リップアンテナの構造の一実施例を示す図、 第２図（Ａ）および（Ｂ）は本発明によるマイクロスト
リップアンテナの構造の他の一実施例を示す図、 第３図〜第５図は本発明によるマイクロストリップアレ
ーアンテナの３実施例の構造を示す断面図、 第６図は並列給電平面アンテナの誘電体基板厚に対する
銅損および放射損の一計算例である。 １．１−１．１−２・・・マイクロストリップアンテナ
素子、 ２・・・基板接地部材、 ３．３−１．３−２・・・間隙、 ４．４−１．４−２・・・アンテナ素子接地部材、５・
・・誘電体基板、 ６・・・給電線、 ７・・・アンテナ素子接地部材。 代　理　人　弁理士　　谷　　義　− 第２図 □寮横停禾極４ 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 誘電体基板の一方の主面上に、マイクロストリップアン
   テナ素子と、該マイクロストリップアンテナ素子に接続
   された給電線とを配置し、前記誘電体基板の他方の主面
   上に接地部材を配置し、該接地部材は前記マイクロスト
   リップアンテナ素子と対向する部分が、マイクロストリ
   ップアンテナ素子の外縁よりやや大きな形で除去され、
   前記マイクロストリップアンテナ素子は所定の厚さの低
   誘電率材料あるいは空気層よりなる間隙を隔てて、接地
   部材と対向する構造を持つことを特徴とするマイクロス
   トリップアンテナ。