JP3764289B2

JP3764289B2 - Microstrip antenna

Info

Publication number: JP3764289B2
Application number: JP00300799A
Authority: JP
Inventors: 俊和芝田
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 1999-01-08
Filing date: 1999-01-08
Publication date: 2006-04-05
Anticipated expiration: 2019-01-08
Also published as: JP2000201014A

Description

【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し、特に、平板状のアンテナ素子板を用いた所謂一般にパッチアンテナと呼ばれているマイクロストリップアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記マイクロストリップアンテナは、例えばプリント基板により構成できるので、比較的に容易にかつ安価に製造できることや、平面構造であること、等の理由から、様々な無線システムに応用されている。しかし、このマイクロストリップアンテナは、その正面方向、詳しくはアンテナ素子板の表面に垂直な方向またはこれに近接する方向、に対する放射電界強度は比較的に大きいものの、アンテナの横方向、詳しくはアンテナ素子板の表面に沿う方向またはこれに近接する方向、に対する放射電界強度は、上記正面方向に比べて極端に小さいことが知られている。このことは、アンテナの可逆性により、このマイクロストリップアンテナにより電波を受信する際の受信感度についても同様であり、即ち、正面方向の受信感度に比べて、横方向の受信感度は低い。
【０００３】
この欠点を解消するために、従来から様々な工夫が成されており、その一つとして、例えば図６に示すようなものがある。即ち、同図に示すように、２つのマイクロストリップアンテナ１００、１００を用意し、これらをそれぞれの放射面１０１、１０１が互いに直角を成す状態に組み合わせる。このようにすれば、各マイクロストリップアンテナ１００、１００それぞれの横方向に対する放射電界強度（または受信感度：以下、この受信感度については放射電界強度と同様の性質をもつものとし、本文中における記載を省略する。）を互いに補い合うことができ、上記欠点を解消できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記図６に示す従来技術では、２つのマイクロストリップアンテナ１００、１００を互いに直角に組み合わせているので、構造が複雑になる、製造コストが高コスト化する、更には寸法的に大型化する、等の様々な問題がある。これでは、平面構造のアンテナを容易にかつ安価に製造できるという上記マイクロストリップアンテナの特徴が悉く損なわれてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、上記従来の問題を解決すべく、１つのマイクロストリップアンテナにより、その横方向に対しても正面方向と略同等の十分な放射電界強度を得ることができ、ひいては正面方向から横方向にわたって略一様な放射電界強度を得ることのできるアンテナを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、誘電体基板と、この誘電体基板の一方の面に貼着されたアンテナ素子板と、上記誘電体基板の他方の面に貼着された接地板と、を具備する。そして、接地板が、マイクロストリップアンテナの接地板としてのそれ本来の機能を維持する状態に、当該接地板のうち上記誘電体基板を介してアンテナ素子板と対向する部分の周縁よりも内側から上記誘電体基板の周縁の一部に向かって伸延しかつ当該誘電体基板の周縁の一部に至る部分を削除した切欠部を有するものである。
【０００７】
なお、本発明のマイクロストリップアンテナは、例えばプリント基板により構成できる。また、ここで言う上記接地板がそれ本来の機能を維持する状態とは、例えば、接地板が、これに上記切欠部を設けても、この切欠部を設けないときと略同等の放射電界強度を維持できる寸法及び形状を有することを言う。
【０００８】
本発明によれば、接地板の上記切欠部が設けられている部分、即ち誘電体基板を介してアンテナ素子板と対向する部分の周縁の一部内側から誘電体基板の周縁に至る部分については、接地板は存在しない。ここで、例えば、今、アンテナ素子板と接地板との間に給電するとする。この給電により、アンテナ素子板の表面から空間に電波が放射されるが、このうち、アンテナ素子板の正面方向に対しては、少なくとも上記切欠部を設けていないときと略同等、若しくはそれ以上の放射電界強度を得ることができる。その理由は、次の通りである。
【０００９】
即ち、接地板は、上述の通り、これに切欠部が設けられていても、それ本来の機能を維持しているので、少なくとも上記切欠部を設けていないときと略同等の放射電界強度を得ることができる。また、アンテナ素子板は、接地板との間で比誘電率の大きい誘電体基板を挟むことにより、寸法上の短縮効果が得られることが知られている。しかし、上記切欠部を設けている部分については、接地板が存在しないので、上記寸法上の短縮効果が得られず、その分、切欠部を設けていないものに比べて、アンテナ素子板の寸法が大きくなる。従って、このようにアンテナ素子板の寸法が大きくなることにより、このアンテナ素子板の表面から電波が放射され易くなり、ひいてはアンテナ素子板の正面方向に対する放射電界強度が増大する。
【００１０】
一方、上記給電により、アンテナ素子板の周縁からも電波が発せられるが、このうち、誘電体基板を介して接地板と対向する部分から発せられる電波については、接地板との間に閉じ込められるので、空間には放射され難い。しかし、アンテナ素子板の周縁のうち誘電体基板を介して切欠部と対向する部分については、上記のように誘電体基板を介して対向する接地板が存在しないので、この部分から発せられる電波は、接地板との間に閉じ込められずに、アンテナ素子板の表面に沿う所謂横方向の空間に放射される。これにより、アンテナの横方向に対する放射電界強度が増大する。
【００１１】
なお、本発明においては、切欠部を複数設けてもよい。
【００１２】
このように、切欠部を複数設ければ、これら各切欠部を設けた各横方向に対する放射電界強度を増大できる。
【００１３】
そして、この場合、アンテナ素子板が、上記誘電体基板の略中央に設けられ、上記各切欠部が、概略放射状に設けられてもよい。
【００１４】
このように、誘電体基板の略中央にアンテナ素子板を設け、上記各切欠部を放射状に設けることによって、アンテナの各横方向、例えば上下左右方向に対して、略一様な放射電界強度を得ることができる。
【００１５】
そして、本発明は、例えば円偏波用のマイクロストリップアンテナに、適用することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るマイクロストリップアンテナの一実施の形態について、図１から図５を参照して説明する。
【００１７】
図１に、本実施の形態のアンテナの外観図を示す。同図に示すように、本実施の形態のアンテナは、正方形の誘電体基板１の一方の面（同図において上方の面：以下、この面を表面とする。）の中央に導体板構成の円形のアンテナ素子板２を貼着し、他方の面（同図において下方の面：以下、この面を裏面とする。）に導体板構成の接地板３を貼着したものである。このアンテナは、例えばプリント基板により構成でき、詳しくは、誘電体基板１として、例えば厚さｔがｔ＝１．６ｍｍのガラスエポキシ樹脂基板を用い、その両面に接着した厚さ約３５μｍの薄い銅板をフォトエッチング等により処理することによって、上記アンテナ素子板２及び接地板３を形成する。なお、アンテナ素子板２と接地板３とは、誘電体基板１の中央に設けられたスルーホール４によって、互いに接続されている。
【００１８】
図２に、このアンテナを裏面側から見たパターン図を示す。同図に点線で示すように、アンテナ素子板２の直径ａは、誘電体基板１の一辺の長さｂよりも小さい。一方、接地板３は、誘電体基板１の裏面の全面にわたって形成されているのではなく、誘電体基板１の四辺に沿う部分の一部を概略台形状に削除した４つの切欠部５、５、・・・を有する。詳しくは、各切欠部５、５、・・・は、上記円形のアンテナ素子板２と中心を同じにしかつアンテナ素子板２の直径ａよりも小さい直径ｃの円周のうち、誘電体基板１の四辺に対向する部分から、これらそれぞれに対向する誘電体基板１の四辺に向かって、放射状に広がる状態に設けられている。この切欠部５、５、・・・を設けることにより、接地板３は、上記直径ｃの円形パターン部３１と、この円形パターン部３１の中央から誘電体基板１の各角部に伸延する幅ｄの４つの帯状パターン３２、３２、・・・と、から成る概略手裏剣状に形成され、スルーホール４を中心として点対称な形状とされる。
【００１９】
このように、上記切欠部５、５、・・・を設けるという点が、本実施の形態の最大の特徴であり、誘電体基板の裏面の略全面にわたって接地板を構成するという一般に知られているマイクロストリップアンテナと最も異なる点である。なお、切欠部５、５、・・・を大きくし過ぎると、換言すれば、上記円形パターン部３１の直径ｃや各帯状パターン部３２、３２、・・・の幅ｄを小さくし過ぎると、接地板３が、マイクロストリップアンテナの接地板としてのそれ本来の機能を果たさなくなる。この場合、切欠部５、５、・・・を設けない所謂接地板をベタパターンとする上記一般に知られているマイクロストリップアンテナと比べて、放射電界強度が小さくなる等、アンテナとしての性能が劣ることになる。よって、上記切欠部５、５、・・・は、接地板３がそれ本来の機能を維持し得る程度の寸法及び形状に止める。
【００２０】
ところで、本実施の形態のアンテナは、円偏波用のものである。この円偏波を実現するには、例えば図３に示すように、アンテナ素子板２上の或る点Ｐに、信号源６から給電線７を介して所定の信号を給電すると共に、この給電信号の位相を電気的に９０°、即ちλ／４だけ遅らせた信号を、スルーホール４を中心として上記点Ｐと物理的に９０°の角度を成す点Ｑに給電すればよい。
【００２１】
その際、アンテナ全体の入力インピーダンスＺ_Iと上記給電線７の特性インピーダンスＺ_Xとを整合させる（即ちＺ_I≒Ｚ_Xとする）必要があることは言うまでもない。このインピーダンス整合を実現するための条件は、次の数１の通りである。
【００２２】
【数１】
Ｚ_I＝｛（Ｚ₀ ²／Ｚ_Q）・Ｚ_p｝／｛（Ｚ₀ ²／Ｚ_Q）＋Ｚ_p｝≒Ｚ_X
【００２３】
なお、この数１において、Ｚ_pは、上記給電点Ｐにおけるアンテナ素子板２の入力インピーダンス、Ｚ_Qは、上記給電点Ｑにおけるアンテナ素子板２の入力インピーダンスである。これら各インピーダンスＺ_p及びＺ_Qは、それぞれ上記各給電点Ｐ及びＱの位置によって決まる。また、Ｚ₀は、これら給電点Ｐ及びＱ間で、上記給電信号の位相をλ／４だけずらすための線路８自体の特性インピーダンスで、この特性インピーダンスＺ₀は、線路８を構成するケーブルの種類によって決まる。
【００２４】
例えば、今、上記数１に基づいて、アンテナと給電線７とのインピーダンス整合を実現した上で、このアンテナに信号源６から上記所定の信号を給電する。すると、この給電により、アンテナ素子板２の表面から電波が発せられ、これによって、図１に矢印１０で示すように、アンテナ素子板２の正面方向の空間に電波が放射される。その際、このアンテナ素子板２の正面方向に対する放射電界強度は、上記切欠部５、５、・・・を設けたことにより増大する。その理由は、次の通りである。
【００２５】
即ち、アンテナ素子板２は、接地板３との間で、空気よりも比誘電率の大きい誘電体基板１を挟むことによって、寸法上の短縮効果が得られることが知られている。本実施の形態では、上記切欠部５、５、・・・を設けているので、この切欠部５，５、・・・を設けている部分については、上記寸法上の短縮効果が得られず、その分、切欠部５、５、・・・を設けない場合に比べて、アンテナ素子板２の寸法が大きくなる。このように、アンテナ素子板２が寸法上大きくなることにより、このアンテナ素子板２の表面から電波が放射され易くなり、ひいてはアンテナ素子板２の正面方向に対する放射電界強度が増大するからである。
【００２６】
なお、このアンテナ素子板２の正面方向に対する放射電界強度は、上記切欠部５、５、・・・を設けない場合に比べて小さくなることはない。上述した通り、接地板３は、これに切欠部５、５、・・・を設けられているものの、マイクロストリップアンテナの接地板としてのそれ本来の機能を維持し得る程度の寸法及び形状とされているからである。
【００２７】
一方、上記給電により、アンテナ素子板２の周縁からも電波が発せられる。このうち、誘電体基板１を介して接地板３と対向する部分、即ち帯状パターン部３２、３２、・・・と対向する部分から発せられる電波については、接地板３（帯状パターン３２、３２、・・・）との間に閉じ込められるので、空間には放射され難い。しかし、アンテナ素子板２の周縁のうち誘電体基板１を介して切欠部５、５、・・・と対向する部分については、誘電体基板１を介して対向する接地板３が存在しないので、この部分から発せられる電波は、接地板３との間に閉じ込められずに、図１に矢印１１、１１、・・・で示すように、アンテナ素子板２の表面に沿う所謂横方向の空間に放射される。これにより、アンテナの横方向に対する放射電界強度が増大する。
【００２８】
これを裏付けるデータを、図４に示す。このデータは、本実施の形態のアンテナを、例えば８００ＭＨｚ帯の無線システムに使用したときの、放射電界強度を測定して得たものである。詳しくは、図２において、誘電体基板１の一辺の長さｂをｂ＝１２０ｍｍ、アンテナ素子板２の直径ａをａ＝１１２ｍｍ、接地板３を構成する円形パターン部３１の直径ｃをｃ＝９０ｍｍ、帯状パターン部３２、３２、・・・の各パターン幅ｄをｄ＝３０ｍｍとする。そして、図３における給電線７として、その特性インピーダンスＺ_XがＺ_X＝５０Ωの同軸ケーブルを用いると共に、各給電点Ｐ及びＱにおける各入力インピーダンスＺ_p及びＺ_QがそれぞれＺ_p＝１００Ω、Ｚ_Q＝５０Ωとなるように上記各給電点Ｐ及びＱの位置を決定し、線路８として一般に知られている１．５Ｃ−２Ｖ（特性インピーダンスＺ₀＝７５Ω）の同軸ケーブルを用いる。これによって、上記数１が満足され（Ｚ_I≒５３Ω≒Ｚ_X）、即ちアンテナと給電線７とのインピーダンス整合が実現される。そして、このアンテナを、地面から高さ約１．５ｍの位置に、アンテナ素子板２の表面が地面と直角を成す状態に配置し、この状態で、信号源６から８０８ＭＨｚの信号を供給し、このとき、アンテナから地面に対して水平な方向に約３ｍ離れた位置で、アンテナの周囲の放射電界強度を測定したものが、図４に実線Ｘで示すグラフである。なお、同図に点線Ｙで示すグラフは、切欠部５、５、・・・を設けていないアンテナについて、上記と同じ条件で、放射電界強度を測定して得たデータである。
【００２９】
この図４から明らかなように、切欠部５、５、・・・を設けていないアンテナについては、その正面方向（０°の方向）については、或る程度の放射電界強度が得られるものの、横方向（９０°及び２７０°の方向）については、極端に放射電界強度が弱くなる。これに対して、切欠部５、５、・・・を設けた本実施の形態のアンテナによれば、アンテナ素子板２の正面方向（０°の方向）のみならず、これと直角な横方向（９０°及び２７０°の方向）についても、正面方向と略同程度の放射電界強度（正面方向に対する放射電界強度に比べて−３乃至−２〔ｄＢμＶ／ｍ〕程度）が得られていることが判る。
【００３０】
そればかりか、正面方向に対しては、切欠部５、５、・・・を設けることによって、放射電界強度が増大していることも判る。この正面方向に対する放射電界強度は、一般に知られているダイポールアンテナの放射電界強度と比較して、−０．５〔ｄＢμＶ／ｍ〕程度であり、略理想的とも言える結果が得られた。
【００３１】
上記のように、本実施の形態によれば、１つのマイクロストリップアンテナにより、横方向に対しても、正面方向と同程度の放射電界強度が得られる。従って、上述した従来技術に比べて、簡単かつ低コストで、アンテナの正面方向から横方向にわたって略一様な放射電界強度を得られる薄型のマイクロストリップアンテナを実現できる。
【００３２】
また、上記横方向への放射電界強度の増大を可能とする切欠部５、５、・・・を四方に放射状に設けているので、これら各方向に対する放射電界強度の増大を実現できる。従って、これら各方向に対して、略一様な放射電界強度を有する所謂一種の全方向性アンテナを実現できる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、概略台形状の切欠部５、５、・・・を四方に設けることによって、これら各方向に対する放射電界強度を増大させたが、これに限らない。例えば、アンテナの横方向のうち、或る一方向にのみ放射電界強度を増大させたい場合には、図５に示すように、その希望の方向にのみ切欠部５を設ければよい。その際、切欠部５を、同図に点線で示すような形状としてもよい。また、切欠部５、５、・・・の形状及び寸法は、本実施の形態で説明した例に限らない。即ち、接地板３が、それ本体の機能を維持しつつ、本実施の形態と同様の作用及び効果を奏するのであれば、切欠部５、５、・・・の形状及び寸法は任意である。
【００３４】
そして、本実施の形態においては、本発明を円偏波用のアンテナに応用する場合について説明したが、これに限らず、垂直または水平偏波用のアンテナにも、本発明を応用できる。
【００３５】
また、本実施の形態では、アンテナをプリント基板構成としたが、これに限らない。ただし、プリント基板構成とすれば、製造コストを低コスト化できる等、様々な利点があることは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明のマイクロストリップアンテナによれば、切欠部を設けるという極めて簡単な構成により、アンテナの横方向に対する放射電界強度を増大でき、ひいては、アンテナの正面方向から横方向にわたって放射電界強度が略一様な所謂広指向性のアンテナを実現できる。従って、このようなアンテナを、上述した図６に示す従来技術に比べて、簡単かつ低コストで実現でき、更には薄型化できるという効果がある。
【００３７】
また、上記切欠部を設けることにより、この切欠部を設けない場合に比べて、アンテナ素子板の寸法上の短縮効果が減少し、その分、アンテナ素子板の寸法が大きくなる。このようにアンテナ素子板の寸法が大きくなることにより、このアンテナ素子板の表面から電波が放射され易くなり、ひいては、アンテナの正面方向に対する放射電界強度が増大するという効果もある。
【００３８】
また、切欠部を複数設けることで、これら各切欠部を設けた各横方向に対する放射電界強度を増大できる。従って、様々な方向に対して放射電界強度を増大したい場合等に非常に有効である。
【００３９】
さらに、この場合、誘電体基板の略中央にアンテナ素子板を設け、上記各切欠部を放射状に設けることで、アンテナ素子板の各横方向、例えば上下左右方向に対して、略一様な放射電界強度を有する所謂一種の全方向性アンテナを実現することができる。
【００４０】
そして、この発明は、円偏波用のアンテナにおいても、これらの効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロストリップアンテナの一実施の形態を表す図で、（ａ）は、その表面側を斜め方向から見た斜視図、（ｂ）は、裏面側を斜め方向から見た斜視図、（ｃ）は、側面図である。
【図２】同実施の形態を構成するプリント基板のパターン図である。
【図３】同実施の形態における給電状態を表す図である。
【図４】同実施の形態により得られる効果を裏付けるデータで、アンテナ素子板の表面を地面に対して垂直に設けたときの水平方向に沿う各方向の放射電界強度を測定して得たポーラカーブである。
【図５】同実施の形態の別の例を表すプリント基板のパターン図である。
【図６】マイクロストリップアンテナの横方向に対する放射電界強度を増大させるための従来技術を概略的に表す図である。
【符号の説明】
１誘電体基板
２アンテナ素子
３接地板
５切欠部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a microstrip antenna, and more particularly to a so-called patch antenna using a flat antenna element plate.
[0002]
[Prior art]
The microstrip antenna can be configured by, for example, a printed circuit board, and therefore is applied to various wireless systems because it can be manufactured relatively easily and inexpensively and has a planar structure. However, this microstrip antenna has a relatively high radiation field strength in the front direction, specifically in the direction perpendicular to or close to the surface of the antenna element plate, but in the lateral direction of the antenna, more specifically in the antenna element. It is known that the radiated electric field strength with respect to the direction along the surface of the plate or the direction close thereto is extremely small as compared with the front direction. This also applies to the reception sensitivity when receiving radio waves by the microstrip antenna due to the reversibility of the antenna, that is, the lateral reception sensitivity is lower than the reception sensitivity in the front direction.
[0003]
In order to eliminate this defect, various ideas have been conventionally made, and one of them is, for example, as shown in FIG. That is, as shown in the figure, two microstrip antennas 100 and 100 are prepared, and these are combined in a state where the respective radiation surfaces 101 and 101 form a right angle. In this way, the radiated electric field strength (or reception sensitivity: hereinafter, this reception sensitivity is assumed to have the same property as the radiated electric field strength of each microstrip antenna 100, 100, and is described in the text. Can be supplemented with each other, and the above disadvantages can be eliminated.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the prior art shown in FIG. 6, since the two microstrip antennas 100, 100 are combined at right angles to each other, the structure becomes complicated, the manufacturing cost increases, and the size increases. There are various problems such as. This greatly impairs the characteristics of the microstrip antenna that can easily and inexpensively manufacture a planar antenna.
[0005]
Therefore, in order to solve the above-described conventional problems, the present invention can obtain a sufficient radiated electric field intensity substantially equal to the front direction in the lateral direction by using one microstrip antenna, and from the front direction. An object of the present invention is to provide an antenna that can obtain a substantially uniform radiation electric field intensity in the lateral direction.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention provides a dielectric substrate, an antenna element plate attached to one surface of the dielectric substrate, and a ground plate attached to the other surface of the dielectric substrate. And. Then, in a state where the ground plate maintains its original function as the ground plate of the microstrip antenna, the above-mentioned ground plate from above the periphery of the portion facing the antenna element plate via the dielectric substrate The dielectric substrate has a notch that extends toward a part of the peripheral edge of the dielectric substrate and deletes a part reaching the peripheral edge of the dielectric substrate.
[0007]
In addition, the microstrip antenna of this invention can be comprised by a printed circuit board, for example. The state in which the ground plate maintains its original function as used herein means that, for example, even if the ground plate is provided with the notch, the radiation field intensity is substantially equivalent to that when the notch is not provided. It has the dimension and shape which can maintain.
[0008]
According to the present invention , the portion of the ground plate where the notch is provided, that is, the portion extending from the inner side of the periphery of the portion facing the antenna element plate through the dielectric substrate to the periphery of the dielectric substrate. There is no ground plate. Here, for example, it is assumed that power is supplied between the antenna element plate and the ground plate. By this power feeding, radio waves are radiated from the surface of the antenna element plate to the space. Of these, the front direction of the antenna element plate is at least approximately equal to or greater than when the notch is not provided. Radiation field strength can be obtained. The reason is as follows.
[0009]
That is, as described above, the ground plate maintains its original function even if the notch is provided in the ground plate, so that at least a radiation field intensity substantially equal to that when the notch is not provided is obtained. be able to. In addition, it is known that the antenna element plate can be reduced in size by sandwiching a dielectric substrate having a large relative dielectric constant between the antenna element plate and the ground plate. However, since the ground plate is not present in the portion provided with the cutout portion, the above-described dimensional shortening effect cannot be obtained, and accordingly, the dimensions of the antenna element plate compared to those without the cutout portion. Becomes larger. Therefore, when the size of the antenna element plate is increased in this way, radio waves are easily radiated from the surface of the antenna element plate, and the radiated electric field strength in the front direction of the antenna element plate is increased.
[0010]
On the other hand, radio waves are also emitted from the periphery of the antenna element plate by the above-mentioned power feeding. Among these, radio waves emitted from the portion facing the ground plate via the dielectric substrate are confined between the ground plate and the antenna plate. , Hard to radiate into space. However, the portion of the periphery of the antenna element plate that faces the notch through the dielectric substrate does not have a grounding plate that faces through the dielectric substrate as described above. The light is radiated into a so-called lateral space along the surface of the antenna element plate without being confined with the ground plate. Thereby, the radiation electric field strength with respect to the lateral direction of the antenna increases.
[0011]
In the present invention, a plurality of notches may be provided.
[0012]
Thus, if a plurality of notches are provided, it is possible to increase the radiated electric field intensity in each lateral direction where these notches are provided.
[0013]
In this case, the antenna element plate may be provided in the approximate center of the dielectric substrate, and the cutout portions may be provided in a substantially radial manner .
[0014]
Thus, the antenna element plate provided at substantially the center of the dielectric substrate, by Rukoto provided radially the cutout, the lateral direction of the antenna, for example, with respect to vertical and horizontal directions, substantially uniform radiation field intensity Can be obtained.
[0015]
The present invention can be applied to, for example, a circularly polarized microstrip antenna .
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of a microstrip antenna according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0017]
FIG. 1 shows an external view of the antenna of this embodiment. As shown in the figure, the antenna of the present embodiment has a conductor plate configuration at the center of one surface of a square dielectric substrate 1 (upper surface in the figure: this surface is hereinafter referred to as the surface). A circular antenna element plate 2 is attached, and a ground plate 3 having a conductor plate structure is attached to the other surface (the lower surface in the figure: this surface is hereinafter referred to as the back surface). This antenna can be constituted by, for example, a printed circuit board. Specifically, for example, a glass epoxy resin substrate having a thickness t of t = 1.6 mm is used as the dielectric substrate 1, and a thin copper plate having a thickness of about 35 μm bonded to both surfaces thereof. The antenna element plate 2 and the ground plate 3 are formed by processing the substrate by photoetching or the like. The antenna element plate 2 and the ground plate 3 are connected to each other by a through hole 4 provided in the center of the dielectric substrate 1.
[0018]
FIG. 2 shows a pattern diagram of this antenna viewed from the back side. As indicated by a dotted line in the figure, the diameter a of the antenna element plate 2 is smaller than the length b of one side of the dielectric substrate 1. On the other hand, the ground plate 3 is not formed over the entire back surface of the dielectric substrate 1, but has four cutout portions 5, 5 in which a part of the portion along the four sides of the dielectric substrate 1 is removed in a substantially trapezoidal shape. .. Specifically, each of the cutout portions 5, 5,... Has the same center as that of the circular antenna element plate 2 and is a dielectric substrate 1 out of a circumference having a diameter c smaller than the diameter a of the antenna element plate 2. Are provided so as to spread radially from the portions facing the four sides toward the four sides of the dielectric substrate 1 facing each of the four sides. By providing the notches 5, 5,..., The ground plate 3 has a circular pattern portion 31 having the diameter c and a width extending from the center of the circular pattern portion 31 to each corner of the dielectric substrate 1. It is formed in a substantially shuriken shape consisting of four belt-like patterns 32, 32,... d, and is point-symmetric with respect to the through hole 4.
[0019]
As described above, the provision of the notches 5, 5,... Is the greatest feature of the present embodiment, and it is generally known that the ground plate is configured over substantially the entire back surface of the dielectric substrate. This is the most different point from the existing microstrip antenna. In addition, if the notches 5, 5,... Are too large, in other words, if the diameter c of the circular pattern 31 and the width d of each strip pattern 32, 32,. The ground plate 3 does not perform its original function as the ground plate of the microstrip antenna. In this case, the performance as an antenna is inferior, for example, the radiated electric field intensity is smaller than that of the above-described generally known microstrip antenna in which the so-called ground plate without the notches 5, 5,. It will be. Therefore, the above-mentioned notches 5, 5,... Are limited to dimensions and shapes that allow the ground plate 3 to maintain its original function.
[0020]
By the way, the antenna of this embodiment is for circular polarization. In order to realize this circularly polarized wave, for example, as shown in FIG. 3, a predetermined signal is fed from a signal source 6 to a certain point P on the antenna element plate 2 via a feeder line 7, and this feeding is performed. A signal obtained by electrically delaying the phase of the signal by 90 °, that is, by λ / 4 may be supplied to a point Q that forms an angle of 90 ° with the point P around the through hole 4.
[0021]
In this case, it goes without saying that the input impedance Z _{I of the} entire antenna and the characteristic impedance Z _X of the feeder line 7 need to be matched (that is, Z _I ≈Z _X ). The conditions for realizing this impedance matching are as follows.
[0022]
[Expression 1]
Z _I = {(Z ₀ ² / Z _Q ) · Z _p } / {(Z ₀ ² / Z _Q ) + Z _p } ≈Z _X
[0023]
In Equation 1, Z _p is the input impedance of the antenna element plate 2 at the feeding point P, and Z _Q is the input impedance of the antenna element plate 2 at the feeding point Q. These impedances Z _p and Z _Q are determined by the positions of the feeding points P and Q, respectively. Z ₀ is a characteristic impedance of the line 8 itself for shifting the phase of the power supply signal by λ / 4 between the feed points P and Q. This characteristic impedance Z ₀ is the characteristic impedance of the cable constituting the line 8. It depends on the type.
[0024]
For example, the impedance matching between the antenna and the feeder line 7 is realized based on the above equation 1, and the predetermined signal is fed from the signal source 6 to the antenna. Then, by this power feeding, radio waves are emitted from the surface of the antenna element plate 2, and as a result, radio waves are radiated into the space in the front direction of the antenna element plate 2 as indicated by an arrow 10 in FIG. 1. At this time, the radiation field intensity with respect to the front direction of the antenna element plate 2 is increased by providing the notches 5, 5,. The reason is as follows.
[0025]
That is, it is known that the antenna element plate 2 can obtain a dimensional shortening effect by sandwiching the dielectric substrate 1 having a relative dielectric constant larger than that of air between the antenna element plate 2 and the ground plate 3. In this embodiment, since the notches 5, 5,... Are provided, the dimensional shortening effect cannot be obtained for the portions provided with the notches 5, 5,. Therefore, the dimensions of the antenna element plate 2 are larger than in the case where the notches 5, 5,... Are not provided. Thus, because the antenna element plate 2 becomes large in size, radio waves are easily radiated from the surface of the antenna element plate 2, and the radiation field strength in the front direction of the antenna element plate 2 is increased.
[0026]
It should be noted that the radiated electric field intensity with respect to the front direction of the antenna element plate 2 is not reduced as compared with the case where the notches 5, 5,. As described above, although the ground plate 3 is provided with the notches 5, 5,..., It is sized and shaped to maintain its original function as the ground plate of the microstrip antenna. Because.
[0027]
On the other hand, a radio wave is also emitted from the periphery of the antenna element plate 2 by the power feeding. Among these, regarding the radio wave emitted from the portion facing the ground plate 3 via the dielectric substrate 1, that is, the portion facing the strip pattern portions 32, 32,..., The ground plate 3 (band patterns 32, 32,. ...) and is not easily radiated into space. However, since there is no grounding plate 3 facing through the dielectric substrate 1 in the periphery of the antenna element plate 2 that faces the notches 5, 5,. The radio wave emitted from this portion is not confined between the ground plate 3 but in a so-called lateral space along the surface of the antenna element plate 2 as shown by arrows 11, 11... Radiated. Thereby, the radiation electric field strength with respect to the lateral direction of the antenna increases.
[0028]
Data supporting this is shown in FIG. This data is obtained by measuring the intensity of the radiated electric field when the antenna of this embodiment is used in, for example, an 800 MHz band wireless system. Specifically, in FIG. 2, the length b of one side of the dielectric substrate 1 is b = 120 mm, the diameter a of the antenna element plate 2 is a = 112 mm, and the diameter c of the circular pattern portion 31 constituting the ground plate 3 is c = 90 mm, and each pattern width d of the strip pattern portions 32, 32,... Is set to d = 30 mm. A coaxial cable having a characteristic impedance Z _X of Z _X = 50Ω is used as the feed line 7 in FIG. 3, and the input impedances Z _p and Z _{Q at the} feed points P and Q are Z _p = 100Ω, Z The positions of the feeding points P and Q are determined so that _Q = 50Ω, and a coaxial cable of 1.5C-2V (characteristic impedance Z ₀ = 75Ω) generally known as the line 8 is used. Thus, the above equation 1 is satisfied (Z _I ≈53Ω≈Z _X ), that is, impedance matching between the antenna and the feed line 7 is realized. Then, this antenna is disposed at a height of about 1.5 m from the ground so that the surface of the antenna element plate 2 forms a right angle with the ground, and in this state, a signal of 808 MHz is supplied from the signal source 6, At this time, the radiated electric field intensity around the antenna is measured at a position about 3 m away from the antenna in the horizontal direction with respect to the ground, as shown by a solid line X in FIG. In addition, the graph shown with the dotted line Y in the same figure is the data obtained by measuring a radiation electric field intensity on the same conditions as the above about the antenna which does not provide the notch part 5, 5, ....
[0029]
As is clear from FIG. 4, for the antenna not provided with the notches 5, 5,..., A certain radiated electric field strength is obtained in the front direction (0 ° direction). In the horizontal direction (directions of 90 ° and 270 °), the radiation electric field strength becomes extremely weak. On the other hand, according to the antenna of the present embodiment provided with the notches 5, 5,..., Not only the front direction (direction of 0 °) of the antenna element plate 2 but also the lateral direction perpendicular thereto. Also in (90 ° and 270 ° directions), a radiation electric field strength substantially equal to that in the front direction (about -3 to -2 [dBμV / m] compared to the radiation electric field strength in the front direction) is obtained. I understand.
[0030]
In addition, it can be seen that the radiation field strength is increased by providing the notches 5, 5,. The radiated electric field strength with respect to the front direction is about −0.5 [dBμV / m] as compared with the radiated electric field strength of a generally known dipole antenna, and an almost ideal result was obtained.
[0031]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to obtain a radiated electric field strength equivalent to that in the front direction in the lateral direction by using one microstrip antenna. Therefore, it is possible to realize a thin microstrip antenna that can obtain a substantially uniform radiation electric field intensity from the front direction to the lateral direction of the antenna at a simpler and lower cost than the above-described conventional technology.
[0032]
In addition, since the cutout portions 5, 5,... That allow the radiation field strength to increase in the lateral direction are provided radially in four directions, an increase in the radiation field strength in these directions can be realized. Therefore, a so-called kind of omnidirectional antenna having substantially uniform radiation electric field intensity in each direction can be realized.
[0033]
In the present embodiment, the radiation field strength in each direction is increased by providing the substantially trapezoidal cutout portions 5, 5,... In four directions, but the present invention is not limited to this. For example, when it is desired to increase the radiated electric field strength only in a certain direction among the lateral directions of the antenna, as shown in FIG. 5, the notch 5 may be provided only in the desired direction. At that time, the notch 5 may have a shape as indicated by a dotted line in FIG. Moreover, the shape and dimension of the notches 5, 5,... Are not limited to the example described in the present embodiment. That is, the shape and dimensions of the notches 5, 5,... Are arbitrary as long as the ground plate 3 has the same functions and effects as the present embodiment while maintaining the function of the main body.
[0034]
In the present embodiment, the case where the present invention is applied to an antenna for circular polarization has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to an antenna for vertical or horizontal polarization.
[0035]
In this embodiment, the antenna has a printed circuit board configuration, but the present invention is not limited to this. However, it goes without saying that the printed circuit board configuration has various advantages such as a reduction in manufacturing cost.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the microstrip antenna of the present invention, the radiated electric field strength in the lateral direction of the antenna can be increased by a very simple configuration in which a notch is provided, and as a result, the radiated electric field extends from the front direction of the antenna to the lateral direction. A so-called wide directivity antenna having substantially uniform strength can be realized. Therefore, such an antenna can be realized easily and at a lower cost than the prior art shown in FIG.
[0037]
Further, by providing the notch, the effect of shortening the size of the antenna element plate is reduced as compared with the case where the notch is not provided, and the size of the antenna element plate is increased accordingly. By increasing the size of the antenna element plate in this manner, radio waves are easily radiated from the surface of the antenna element plate, and as a result, there is an effect that the radiated electric field strength in the front direction of the antenna is increased.
[0038]
Further, in plurality Rukoto notches can increase the radiation electric field intensity for each laterally provided with respective notch. Therefore, it is very effective when it is desired to increase the radiated electric field strength in various directions.
[0039]
Furthermore, in this case, the antenna element plate provided at substantially the center of the dielectric substrate, at Rukoto provided radially the cutout, the lateral direction of the antenna element plate, for example with respect to the vertical and horizontal directions, a substantially uniform A so-called kind of omnidirectional antenna having radiated electric field strength can be realized .
[0040]
The present invention can achieve these effects even in an antenna for circular polarization.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are views showing an embodiment of a microstrip antenna according to the present invention, in which FIG. 1A is a perspective view of a front surface side seen from an oblique direction, and FIG. (C) is a side view.
FIG. 2 is a pattern diagram of a printed circuit board constituting the embodiment.
FIG. 3 is a diagram showing a power supply state in the same embodiment.
FIG. 4 is a data obtained by measuring the radiation field strength in each direction along the horizontal direction when the surface of the antenna element plate is provided perpendicular to the ground with data supporting the effect obtained by the embodiment. It is a curve.
FIG. 5 is a pattern diagram of a printed circuit board showing another example of the embodiment.
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a conventional technique for increasing a radiation electric field strength with respect to a lateral direction of a microstrip antenna.
[Explanation of symbols]
1 Dielectric substrate 2 Antenna element 3 Ground plate 5 Notch

Claims

A dielectric substrate; an antenna element plate attached to one surface of the dielectric substrate; and a ground plate attached to the other surface of the dielectric substrate;
The ground plate maintains the function as a ground plate of the microstrip antenna, while the dielectric substrate has a dielectric plate from the inner side of the periphery of the portion of the ground plate that faces the antenna element plate via the dielectric substrate. A microstrip antenna having a cut-out portion in which a portion reaching a part of the periphery is deleted.

The microstrip antenna according to claim 1, wherein a plurality of the notches are provided.

3. The microstrip antenna according to claim 2, wherein the antenna element plate is provided at substantially the center of the dielectric substrate, and the notches are provided in a substantially radial shape.

4. The microstrip antenna according to claim 3, wherein the notch has a point-symmetric shape with respect to the approximate center of the dielectric substrate.

The microstrip antenna according to claim 1, wherein the microstrip antenna is for circular polarization.