JP2003258539A

JP2003258539A - マイクロストリップアンテナ

Info

Publication number: JP2003258539A
Application number: JP2002060010A
Authority: JP
Inventors: Masato Tanaka; 正人田中; Saikaku Cho; 宰赫張
Original assignee: Communications Research Laboratory
Current assignee: National Institute of Information and Communications Technology
Priority date: 2002-03-06
Filing date: 2002-03-06
Publication date: 2003-09-12
Also published as: CN1639914A; KR20040094772A; EP1492198A4; US20050110680A1; WO2003075405A1; EP1492198A1; KR100965395B1

Abstract

(57)【要約】【課題】軽量かつ柔軟でしわがほぼ生じなく、服や帽子
等に縫い付けることが可能なウエアラブルアンテナとす
ること。【解決手段】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グランド板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
より構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軽量かつ柔軟でし
わがほぼ生じなく、服や帽子等に縫い付けることが可能
なウエアラブルアンテナとなるマイクロストリップアン
テナに関する。

【０００２】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。

【０００３】

【従来の技術】図８は従来例の説明図である。図８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１１、グランド板（地導体）１２、アンテナ用
基板（誘電体）１３、マイクロストリップパッチ１４、
給電ピン１５、給電導体１６が設けてある。

【０００４】グランド板１２は、アンテナ用基板１３と
給電回路用基板１１の間に設けられる導体である。給電
回路用基板１１は、給電ピン１５に給電するための給電
導体１６を設けるものである。給電導体１６とグランド
板１２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１３は、上面に
マイクロストリップパッチ１４を設けるものである。マ
イクロストリップパッチ１４とグランド板１２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１４は、給電ピン１５により
電力が給電されるものである。給電ピン１５は、マイク
ロストリップパッチ１４の内部に入り込んだ点で給電す
るものである。給電導体１６は、給電ピン１５に電力を
給電するものであった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のものは、ア
ンテナ用基板１３と給電回路用基板１１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１４、グランド板１２等は銅はくでかた
い接着剤でアンテナ用基板１３や給電回路用基板１１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あった。

【０００６】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、服や帽子等に縫い付ける
ことが可能なウエアラブルアンテナとすることを目的と
する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】図１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。図１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。

【０００８】本発明は、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。

【０００９】（１）：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グランド板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とより構成する。また、給電導体７も柔軟で導電
性を有する。このため、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
や帽子等に縫い付けることが可能なウエアラブルアンテ
ナとすることができる。

【００１０】（２）：前記（１）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を導電性布とする。このため、
服や帽子等に容易に縫い付け、又は、埋め込んで使用す
ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】（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、次の図２の構造
のアンテナを作って試験を行った。

【００１２】図２はマイクロストリップアンテナの説明
図であり、図２（ａ）は断面図、図２（ｂ）は右上方か
ら見た図である。図２において、マイクロストリップア
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。

【００１３】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
ε_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、細心同軸ケーブル用
のコネクタである。周波数２．５ＧＨｚ、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、グランド板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１５０ｍｍの四角、厚さ０．１５ｍｍ、面密度８
０ｇ／ｍ²、２．５ＧＨｚにおける反射損失及び透過損
失はそれぞれ０．０３ｄＢ、７４ｄＢ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、縦横が各１５０ｍｍの四
角、厚さ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
６０ｍｍの円形である（図２（ａ）参照）。

【００１４】図３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。図３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巻いた時の様
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（図３では黒色で示す）は導電性布を、アンテナ
用基板３（図３では白色で示す）はフェルト生地を用い
ている。

【００１５】（２）：アンテナ特性の説明：反射特性の説明図４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。図４において、０ｄｅｇはアンテナを曲
げていない状態、９０ｄｅｇ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、１８０ｄｅｇ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。

【００１６】このアンテナのリターンロス（Return los
s ）は、曲げていない状態で約−２０ｄＢ近く、共振周
波数は２．５０５ＧＨｚであり、Ｅ面を曲げるにしたが
って、共振周波数が約２５ＭＨｚ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５ＭＨｚ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。

【００１７】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。

【００１８】：利得特性の説明Ｈ面及びＥ面を曲げた時の利得は、次の表１のようにな
る。利得の測定周波数はいずれも２．４９５ＧＨｚであ
る。なお、ｄＢｉの「ｉ」は、無指向性アンテナと比較
した時の値であることを示している。

【００１９】図５は曲げていない時のＨ面及びＥ面の放射パターンの
説明図である。図６はＥ面を９０ｄｅｇ及び１８０ｄｅ
ｇに曲げた時の放射パターンの説明図である。図７はＨ
面を９０ｄｅｇ及び１８０ｄｅｇに曲げた時の放射パタ
ーンの説明図である。

【００２０】上記表１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１８０ｄｅｇの時
で、２．３９ｄＢ下がっている。また、図６、図７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。

【００２１】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。

【００２２】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、１８０ｄｅｇ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２ｄＢ程度劣化することを許容すれば、使用可
能なものである。

【００２３】（３）：他の構成の説明グランド板２とアンテナ用基板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。

【００２４】マイクロストリップアンテナを服や帽子等
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グ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。

【００２５】アンテナ用基板３は、厚みがあまり薄いと
帯域幅をカバーできなくなる等のため、厚さは０．１ｍ
ｍ〜３ｍｍ程度で凹凸が少ない平面的で柔軟性のあるも
の、例えばフェルト（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４５度の傾斜で１２０度間隔で３個）取り付
けて使用することもできる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果がある。

【００２７】（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ップパッチとより
構成するため、軽量かつ柔軟でしわがほぼ生じなく、服
や帽子等に縫い付けることが可能なウエアラブルアンテ
ナとすることができる。

【００２８】（２）：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ため、
服や帽子等に容易に縫い付け、又は、埋め込んで使用す
ることができる。

【００２９】（３）：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
るため、服や帽子等に容易に縫い付け、又は、埋め込ん
で使用することができる。

【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説明図
である。

【図２】実施の形態におけるマイクロストリップアンテ
ナの説明図である。

【図３】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。

【図４】実施の形態における反射特性の説明図である。

【図５】実施の形態における曲げていない時のＨ面及び
Ｅ面の放射パターンの説明図である。

【図６】実施の形態におけるＥ面を９０ｄｅｇ及び１８
０ｄｅｇに曲げた時の放射パターンの説明図である。

【図７】実施の形態におけるＨ面を９０ｄｅｇ及び１８
０ｄｅｇに曲げた時の放射パターンの説明図である。

【図８】従来例の説明図である。

【符号の説明】

２グランド板３誘電体基板（アンテナ用基板）４マイクロストリップパッチ６コネクタ７給電導体（マイクロストリップライン）

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１５年６月２３日（２００３．６．２
３）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】アンテナ用基板３は、厚みがあまり薄いと
帯域幅をカバーできなくなる等のため、厚さは０．１ｍ
ｍ〜３ｍｍ程度で凹凸が少ない平面的で柔軟性のあるも
の、例えばフェルト（不織布）、布（織物）、紙等が適
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４５度の傾斜で１２０度間隔で３個）取り付けて使用
することもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5J045 AA05 AB03 AB06 DA10 EA07 HA03 MA02 5J046 AA01 AA04 AA08 AA09 AA19 AB13 PA07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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ップパッチとよ
り構成することを特徴としたマイクロストリップアンテ
ナ。
【請求項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項１記載のマイクロス
トリップアンテナ。
【請求項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項１記載のマイクロス
トリップアンテナ。