WO2003075405A1 - Microstrip antenna - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a microstrip antenna, and more particularly to a microstrip antenna that is lightweight, flexible, hardly wrinkles, and can be attached to clothes such as clothes and hats, that is, a wearable antenna.
  • Microstrip antennas are used for antennas for mobile stations such as automobiles, mobile phone antennas, satellite communication antennas, satellite broadcast reception antennas, and the like.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram of a conventional example.
  • the conventional microstrip antenna includes a feeder circuit board 11, a ground plate (ground conductor) 12, an antenna board (dielectric) 13, a microstrip patch 14, and a feeder pin 15.
  • a power supply conductor 16 is provided.
  • the ground plate 12 is a conductor provided between the antenna substrate 13 and the power supply circuit substrate 11.
  • the power supply circuit board 11 is provided with a power supply conductor 16 for supplying power to the power supply pin 15.
  • a microstrip line is formed by the power supply conductor 16 and the ground plate 12 and serves as a line for transmitting power.
  • the antenna substrate 13 is provided with a microstrip patch 14 on the upper surface.
  • a microstrip antenna is formed by the microstrip patch 14 and the ground plate 12 and emits radio waves.
  • the microstrip patch 14 is supplied with power by the power supply pin 15.
  • the power supply pin 15 supplies power at a point where the power supply pin 15 enters the inside of the microstrip patch 14.
  • the power supply conductor 16 supplies power to the power supply pin 15.
  • An object of the present invention is to provide a microstrip antenna that is lightweight, flexible, hardly wrinkled, and can be attached to clothes such as clothes and hats, that is, a wearable microstrip antenna. Disclosure of the invention
  • a microstrip antenna includes: a flexible dielectric substrate; a flexible conductive ground plate provided on a lower surface of the dielectric substrate; a flexible conductive substrate provided on an upper surface of the dielectric substrate; And a flexible, electrically conductive microstrip patch.
  • ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the microstrip antenna of the present invention, it is lightweight and flexible, has almost no wrinkles, can be easily attached to a non-planar place, and can be attached (eg, sewn) to clothes such as clothes and hats. A wearable antenna can be obtained.
  • the dielectric substrate is made of cloth
  • the ground plate and the microstrip patch are made of conductive cloth.
  • the dielectric substrate is made of felt cloth, and the ground plate and the microstrip patch are made of conductive cloth.
  • the microstrip antenna can be easily sewn to clothes.
  • FIG. 1 is an explanatory view of a microstrip antenna of the present invention.
  • FIG. 1 (A) is a cross-sectional view
  • FIG. 1 (B) is a perspective view as viewed from the upper right.
  • FIG. 2 is an explanatory view of another microstrip antenna according to the present invention.
  • FIG. 2 (A) is a cross-sectional view
  • FIG. 2 (B) is a perspective view as viewed from the upper right.
  • FIG. 3 shows a microstrip antenna according to an embodiment of the present invention mounted on an arm. It is explanatory drawing at the time of attachment.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram of reflection characteristics according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram of gain characteristics of the H plane and the E plane when the antenna according to the embodiment of the present invention is bent. '
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of radiation patterns on the H plane and the E plane when the antenna is not bent according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of a radiation pattern when the E-plane is bent to 9 O d e g and 180 d e g in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an explanatory diagram of a radiation pattern when the H plane is bent to 90 deg and 180 deg in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram of a microstrip antenna according to the present invention.
  • 2 is a ground plate
  • 3 is a dielectric substrate
  • 4 is a microstrip patch
  • 6 is a connector
  • 7 is a power supply conductor (microstrip line).
  • the microstrip antenna of the present invention has the following means to solve the above-mentioned conventional problems.
  • the microstrip antenna of the present invention comprises: a flexible dielectric substrate 3; a flexible conductive duland plate 2 provided on the lower surface of the dielectric substrate 3; and a flexible conductive substrate 3 provided on the upper surface of the dielectric substrate 3.
  • the power supply conductor 7 is also flexible and conductive. Therefore, according to the microstrip antenna of the present invention, a wearable antenna that is lightweight, flexible, has almost no wrinkles, can be easily attached to a non-planar place, and can be attached to clothes such as clothes and hats. Obtainable.
  • the dielectric substrate 3 is made of ground or felt cloth, and the ground plate 2, the microstrip patch 4, and the feed conductor 7 are made of conductive cloth. This makes it possible to easily sew or embed the microstrip antenna into clothes, hats, and other clothing.
  • FIG. 2 is an explanatory view of the microstrip antenna
  • FIG. 2 (A) is a cross-sectional view
  • FIG. 2 (B) is a view from the upper right.
  • the microstrip antenna is provided with a ground plate (ground conductor) 2, an antenna substrate (dielectric) 3, a microstrip patch 4, a conductive pin 5, and a connector 6.
  • the ground plate 2 is a conductor (ground conductor) serving as a ground surface provided on the lower surface of the antenna substrate 3 and is made of a conductive cloth.
  • the microstrip patch 4 is electrically connected to the conductive pins 5 and is made of the same conductive cloth as the ground plate 2.
  • the conductive pin 5 is electrically connected at a point where it enters the inside of the microstrip patch 4.
  • Connector 6 is a connector for a fine coaxial cable. It is created assuming a frequency of 2.5 GHz and linear polarization.
  • the power supply method is a rear coaxial power supply method for simplicity.
  • the conductive cloth of the round plate 2 is used as an electromagnetic wave shielding material, and is a square of 15 Omm in length and width, a thickness (T 1) of 0.15 mm, and a surface density of 80 g / m 2.
  • the reflection loss and the transmission loss at 2 , 2.5 GHz are 0.03 dB and 74 dB, respectively.
  • the yarn is coated with a conductive metal.
  • the material of the felt material of the antenna substrate 3 is a commercially available material, having a relative dielectric constant of 1.43, a length and width (L and W) of 15 Omm each, and a thickness (T 2) of 1 mm.
  • the conductive cloth of the microstrip patch 4 is made of the same material as the ground plate 2 and has a circular shape with a diameter (R) of 6 Omm (see FIGS. 2 (A) and 2 (B)).
  • the return loss of this antenna is close to about 20 dB when not bent, and the resonance frequency is 2.555 GHz. As the E-plane is bent, the resonance frequency becomes about 25 dB.
  • the results were as follows (decreasing) by shifting by MH z. As a result of bending and measuring the H plane in the same way, the frequency was shifted by about 5 MHz, and it was found that the frequency was shifted smaller than that of the E plane.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram of radiation patterns on the H plane and the E plane when not bent.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram of the radiation pattern when the E-plane is bent to 90 deg and 180 deg.
  • FIG. 8 is an explanatory view of the radiation pattern when the H plane is bent to 90 deg and 180 deg.
  • This microstrip antenna does not bend to 180 degrees in actual use, and if you select a flat place such as a hat or back and choose a sewing position well, you can use a microstrip antenna. Effective enough as an antenna. It can be used if the gain is allowed to degrade by about 2 dB even if it is slightly bent.
  • the shape of the ground plate 2 and the antenna substrate 3 can be not only a quadrangle but also a polygon such as a triangle, a pentagon or more, an ellipse, and a circle.
  • the shape of the microstrip patch 4 can be not only a circle but also a polygon having three, four, five or more corners, an ellipse, or the like.
  • the microstrip antenna can be attached to clothes, hats, etc. by sewing it with insulating thread on the surface using patchwork, or by gluing it with an adhesive or embedding it inside. It is also possible to install a hook-and-loop fastener on the underside of the round plate that can be easily removed by pulling it with one touch. When the microstrip antenna made of cloth is sewn to clothes or a hat or embedded in the inside, it can be washed together. '
  • the antenna substrate 3 has a thickness of 0.1 mri because the bandwidth becomes narrow if the thickness is too small.
  • a flat and flexible material having a thickness of about 3 mm and having few irregularities, for example, felt (non-woven fabric), cloth (woven fabric), paper, resin and the like are suitable.
  • it can be used by attaching it to a hat or clothes (kimono) in plurals (for example, three hats at 45 ° inclination and 120 ° intervals). Industrial applicability As described above, the microstrip antenna of the present invention has the following effects.
  • the dielectric substrate is made of cloth
  • the ground plate and the microstrip patch are made of conductive cloth, so that the microstrip antenna can be easily sewn or embedded in clothes or hats. Can be used in
  • the dielectric substrate is made of felt cloth, and the ground plate and the microstrip patch are made of conductive cloth, so that the microstrip antenna can be easily sewn to clothes.

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Description

明細書 マイクロストリップアンテナ
技術分野
本発明は、 マイクロストリップアンテナに関し、 特に、 軽量かつ柔軟でしわが ほぼ生じなく、 服や帽子等の衣服に取り付けることが可能な即ちウェアラブルな アンテナとなるマイクロストリップアンテナに関する。 背景技術
マイクロストリップアンテナは、 自動車などの移動体局用アンテナ、 携帯電話 用アンテナ、 衛星通信用アンテナ、 衛星放送受信用アンテナ等に使用される。 第 9図は従来例の説明図である。 第 9図において、 従来のマイクロストリップ アンテナには、 給電回路用基板 1 1、 グランド板 （地導体） 1 2、 アンテナ用基 板 （誘電体） 1 3、 マイクロストリップパッチ 1 4、 給電ピン 1 5、 給電導体 1 6が設けてある。
グランド板 1 2は、 アンテナ用基板 1 3と給電回路用基板 1 1の間に設けられ る導体である。 給電回路用基板 1 1は、 給電ピン 1 5に給電するための給電導体 1 6を設けるものである。 給電導体 1 6とグランド板 1 2によりマイクロストリ ップラインを形成し、 電力を伝送する線路となる。 アンテナ用基板 1 3は、 上面 にマイクロス トリツプパツチ 1 4を設けるものである。 マイクロス トリツプパッ チ 1 4とグランド板 1 2によりマイクロストリップアンテナを形成し、 電波を放 射する。 マイクロストリップパッチ 1 4は、 給電ピン 1 5により電力が給電され るものである。 給電ピン 1 5は、 マイクロストリップパッチ 1 4の内部に入り込 んだ点で給電するものである。 給電導体 1 6は、 給電ピン 1 5に電力を給電する ものであった。
上記従来のものは、 アンテナ用基板 1 3と給電回路用基板 1 1は、 かたい物体 (剛体） でしかも重いものであった。 また、 マイクロストリップパッチ 1 4、 グ ランド板 1 2等は銅箔でかたい接着剤でアンテナ用基板 1 3や給電回路用基板 1 1に接着されていた。 したがって、 服や帽子等に取り付けることが難しいもので めった。
本発明は上記問題点の解決を図り、 軽量かつ柔軟でしわがほぼ生じなく、 服や 帽子等の衣服に取り付けることが可能な即ちウェアラブルなマイクロストリップ アンテナを提供することを目的とする。 発明の開示
本発明のマイクロストリップアンテナは、 柔軟性の誘電体基板と、 該誘電体基 板の下面に設けた柔軟性で導電性のグランド板と、 該誘電体基板の上面に設け、 前記グランド板より面積の小さい柔軟性で導電性のマイクロストリップパッチと からなる。 本発明のマイクロストリップアンテナによれば、 軽量かつ柔軟でしわ がほぼ生じなく、 平面でない場所にも取り付けが容易で、 しかも服や帽子等の衣 服に取り付ける （例えば、 縫い付ける） ことが可能なウェアラブルアンテナを得 ることができる。
また、 好ましくは、 本発明のマイクロストリップアンテナにおいては、 前記誘 電体基板を生地とし、 前記グランド板と前記マイクロストリップパッチを導電性 布とする。 これにより、 マイクロストリップアンテナを、 服や帽子等の衣服に容 易に縫い付け、 又は、 埋め込んで使用することができる。
また、 好ましくは、 本発明のマイクロストリップアンテナにおいては、 前記誘 電体基板をフェルト生地とし、 前記グランド板と前記マイクロストリップパッチ を導電性布とする。 これにより、 マイクロストリップアンテナを、 衣服に容易に 縫い付ける等することができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明のマイクロストリップアンテナの説明図であり、 第 1図 （A ) は断面図、 第 1図 （B ) は右上方から見た斜視図である。
第 2図は、 本発明の他のマイクロストリップアンテナの説明図であり、 第 2図 (A) は断面図、 第 2図 （B ) は右上方から見た斜視図である。
第 3図は、 本発明の実施の形態におけるマイクロストリップアンテナを腕に取 り付けた時の説明図である。
第 4図は、 本発明の実施の形態における反射特性の説明図である。
第 5図は、 本発明の実施の形態におけるアンテナを曲げた時の H面及び E面の 利得特性の説明図である。 '
第 6図は、 本発明の実施の形態におけるアンテナを曲げていない時の H面及び E面の放射パターンの説明図である。
第 7図は、 本発明の実施の形態における E面を 9 O d e g及ぴ 1 8 0 d e gに 曲げた時の放射パターンの説明図である。
第 8図は、 本発明の実施の形態における H面を 9 0 d e g及ぴ 1 8 0 d e gに 曲げた時の放射パターンの説明図である。
第 9図は、 従来例の説明図である。 発明を実施するための最良の形態
第 1図は本発明のマイクロストリップアンテナの説明図である。 第 1図中、 2 はグランド板、 3は誘電体基板、 4はマイクロストリップパッチ、 6はコネクタ 、 7は給電導体 （マイクロストリップライン） である。
本発明のマイクロストリップアンテナは、 前記従来の課題を解決するため次の ような手段を有する。
即ち、 本発明のマイクロストリップアンテナは、 柔軟性の誘電体基板 3と、 該 誘電体基板 3の下面に設けた柔軟性で導電性のダランド板 2と、 該誘電体基板 3 の上面に設け、 前記グランド板 2より面積の小さい柔軟性で導電性のマイクロス トリップパッチ 4とからなる。 また、 給電導体 7も柔軟で導電性を有する。 この ため、 本発明のマイクロストリップアンテナによ ば、 軽量かつ柔軟でしわがほ ぼ生じなく、 平面でない場所にも取り付けが容易で、 しかも服や帽子等の衣服に 取り付けることが可能なウェアラブルアンテナを得ることができる。
また、 本発明のマイクロストリップアンテナにおいて、 前記誘電体基板 3を生 地又はフェルト生地とし、 前記グランド板 2と前記マイクロストリップパッチ 4 と給電導体 7とを導電性布とする。 これにより、 マイクロストリップアンテナを 、 服や帽子等の衣服に容易に縫い付け、 又は、 埋め込んで使用することができる (1) ：アンテナの構造の説明
本発明のマイクロストリップアンテナがアンテナ動作 （電波放射） することを 確認するため、 次の第 2図の構造のアンテナを作って試験を行った。
第 2図はマイクロストリップアンテナの説明図であり、 第 2図 （A) は断面図 、 第 2図 （B) は右上方から見た図である。 第 2図において、 マイクロストリツ プアンテナには、 グランド板 （地導体） 2、 アンテナ用基板 （誘電体） 3、 マイ クロストリップパッチ 4、 導電ピン 5、 コネクタ 6が設けてある。
グランド板 2は、 アンテナ用基板 3の下面に設けられるグランド面となる導体 (地導体） であり、 導電性布で構成されている。 アンテナ用基板 3は、 フェルト 材料等の柔軟性ある誘電体 （この例では誘電率 £ r = 1. 43) である。 マイク ロス トリップパッチ 4は、 導電ピン 5と電気的に接続され、 グランド板 2と同様 の導電性布で構成されている。 導電ピン 5は、 マイクロストリップパッチ 4の内 部に入り込んだ点で電気的に接続されるものである。 コネクタ 6は、 細心同軸ケ 一ブル用のコネクタである。 周波数 2. 5GH z、 直線偏波を想定して作成され ている。 給電方法は簡単のため、 背面同軸形給電方式としている。 ここで、 ダラ ンド板 2の導電性布は、 電磁波シールド材として使用されるもので、 縦横が各 1 5 Ommの四角、 厚さ （T 1 ) 0. 1 5 mm、 面密度 80 g/m2 、 2. 5 GH zにおける反射損失及ぴ透過損失はそれぞれ 0. 03 d B、 74 d Bであり、 例 えば糸に導電性の金属がコーティングされたものである。 また、 アンテナ用基板 3のフェルト材料の生地は、 市販のもので、 比誘電率 1. 43、 縦横 （L及ぴ W ) が各 1 5 Ommの四角、 厚さ （T 2) 1mmである。 マイクロストリップパッ チ 4の導電性布は、 グランド板 2と同じ材料で構成され、 直径 （R) 6 Ommの 円形である （第 2図 （A) (B) 参照） 。
第 3図はマイクロス トリップアンテナを腕に取り付けた時の説明図である。 第 3図において、 ウェアラブルなマイクロストリップアンテナを腕に卷いた時の様 子を示している。 グランド板 2とマイクロストリップパッチ 4 (第 3図では黒色 で示す） は導電性布を、 アンテナ用基板 3 (第 3図では白色で示す） はフェルト 生地を用いている。 ( 2 ) ：アンテナ特性の説明
①：反射特性の説明
第 4図は反射特性の説明図である。 ウェアラブルなマイクロストリップアンテ ナを服や帽子等に縫い付けて使用することを想定して、 このアンテナを曲げた時 の反射特性も示している。 第 4図において、 0 d e gはアンテナを曲げていない 状態、 9 0 d e gはマイクロストリップパッチ 4を中心に E面 （plane ) を U字 型の内角に開いた状態、 1 8 0 d e gはマイクロストリップパッチ 4を中心に E 面を U字型に曲げた状態を意味する。
このアンテナのリターンロス （Return loss ) は、 曲げていない状態で約一 2 0 d B近く、 共振周波数は 2 . 5 0 5 G H zであり、 E面を曲げるにしたがって 、 共振周波数が約 2 5 MH zずつずれて （減少） 行くような結果が得られた。 H 面 （plane ) に対しても同様に曲げて測定した結果、 周波数は約 5 MH zずつず れていき、 E面よりは小さくシフトされることがわかった。
ここで、 H面を曲げるとはマイクロストリップパッチ 4の中心と給電位置 （導 電ピン 5との接続位置） をつなぐ線を軸として曲げるものである。 また、 E面を 曲げるとはマイクロストリップパッチ 4の中心と給電位置をつなぐ線に直角な線 を軸として曲げるものである。
②：利得特性の説明
H面及ぴ E面を曲げた時の利得は、 次の第 5図のようになる。 利得の測定周波 数はいずれも 2 . 4 9 5 G H zである。 なお、 d B iの 「 i」 は、 無指向1生アン テナと比較した時の値であることを示している。
第 6図は曲げていない時の H面及ぴ E面の放射パターンの説明図である。 第 7 図は E面を 9 0 d e g及び 1 8 0 d e gに曲げた時の放射パターンの説明図であ る。 第 8図は H面を 9 0 d e g及び 1 8 0 d e gに曲げた時の放射パターンの説 明図である。
上記第 5図等より分かるように、 利得はやはり H面より E面を曲げた時の利得 が下がることがわかる。 一番利得が下がったのは、 E面の 1 8 0 d e gの時で、 2 . 3 9 d B下がっている。 また、 第 7図、 第 8図の放射パターンから、 マイク ロストリップアンテナを曲げる程、 ビーム幅が広がることが分かる。 マイクロス トリップアンテナを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 が広がったことも影響している。
これらの結果より、 このマイクロストリップアンテナの曲げ方は、 電流のなが れ方向に依存することが分かり、 また、 真正面でみた電流分布の密度によって、 劣化の程度が決まることが分かる。
このマイクロストリップアンテナは、 実際に使用する場合、 1 8 0 d e gに曲 げることはあまりないことや、 例えば帽子や背中などの平らなところを選んで、 縫い付ける位置をよく選べば、 マイクロストリップアンテナとして十分有効であ る。 また、 多少曲げられても利得が 2 d B程度劣化することを許容すれば、 使用 可能なものである。
以上、 本発明を、 その実施の形態に従って説明したが、 本発明はその主旨の範 囲で種々の変形が可能である。
例えば、 グランド板 2とァンテナ用基板 3の形は、 4角形だけでなく、 3角形 、 5角形以上の多角形、 楕円、 円形等とすることもできる。 また、 マイクロスト リップパッチ 4の形は、 円形だけでなく、 3角、 4角、 5角以上の多角形、 楕円 等とすることもできる。
マイクロストリップアンテナの服や帽子等への取り付けは、 パッチワーク等で 表面に絶縁性の糸で縫い付ける他、 接着剤で接着、 又は内部に埋め込むこともで きる。 また、 ワンタッチで止められ引っ張ると簡単に外せる面ファスナーをダラ ンド板の下面に設けて取り付けることも可能である。 このように布で形成したマ イクロストリップアンテナを服や帽子等へ縫い付け、 又は、 内部に埋め込んだ場 合、 一緒に洗濯することも可能となる。 '
アンテナ用基板 3は、 厚みがあまり薄いと帯域幅が狭くなる等のため、 厚さは 0 . l mri！〜 3 mm程度で凹凸が少ない平面的で柔軟性のあるもの、 例えばフエ ルト （不織布） 、 布 （織物） 、 紙、 樹脂等が適当である。 また、 マイクロストリ ップアンテナの指向性を考慮して、 帽子や服 （着物） に複数個 （例えば、 帽子に 4 5度の傾斜で 1 2 0度間隔で 3個） 取り付けて使用することもできる。 産業上の利用可能性 以上説明したように、 本発明のマイクロストリップアンテナによれば、 次のよ うな効果がある。
マイクロストリップアンテナを、 柔軟性の誘電体基板と、 該誘電体基板の下面 に設けた柔軟性で導電性のグランド板と、 該誘電体基板の上面に設け、 前記ダラ ンド板より面積の小さい柔軟性で導電性のマイクロストリップパッチとにより構 成するため、 マイクロストリップアンテナを、 軽量かつ柔軟でしわがほぼ生じな く、 服や帽子等の衣服に取り付けることが可能なウェアラブルアンテナとするこ とができる。
また、 マイクロストリップアンテナにおいて、 誘電体基板を生地とし、 グラン ド板とマイクロストリップパッチを導電性布とすることにより、 マイクロストリ ップアンテナを、 服や帽子等の衣服に容易に縫い付け、 又は、 埋め込んで使用す ることができる。
更に、 マイクロストリップアンテナにおいて、 誘電体基板をフェルト生地とし 、 グランド板とマイクロストリップパッチを導電性布とすることにより、 マイク ロストリップアンテナを、 衣服に容易に縫い付ける等することができる。

Claims

請求の範囲
1 . 柔軟性の誘電体基板と、
該誘電体基板の下面に設けた柔軟性で導電性のグランド板と、
該誘電体基板の上面に設け、 前記グランド板より面積の小さい柔軟性で導電性 のマイクロス トリ ツプパツチとからなる
ことを特徴としたマイクロストリップアンテナ。
2 . 前記誘電体基板を生地とし、
前記グランド板と前記マイクロストリップパッチを導電性布とする
ことを特徴とした請求の範囲第 1項記載のマイクロストリップアンテナ。
3 . 前記誘電体基板をフェルト生地とし、
前記グランド板と前記マイクロス トリップパッチを導電性布とする
ことを特徴とした請求の範囲第 1項記載のマイクロストリップアンテナ。
PCT/JP2003/002017 2002-03-06 2003-02-25 Microstrip antenna Ceased WO2003075405A1 (en)

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KR1020047013917A KR100965395B1 (ko) 2002-03-06 2003-02-25 마이크로스트립 안테나
EP03707032A EP1492198A4 (en) 2002-03-06 2003-02-25 Microstrip antenna
US10/505,686 US20050110680A1 (en) 2002-03-06 2003-02-25 Microstrip antenna

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