JPH0423603A

JPH0423603A - 平面アンテナ

Info

Publication number: JPH0423603A
Application number: JP2129485A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Shirosaka; 敏明城阪
Original assignee: DX Antenna Co Ltd
Current assignee: DX Antenna Co Ltd
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1990-05-18
Publication date: 1992-01-28
Anticipated expiration: 2012-08-13
Also published as: JP2640012B2

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］本発明は、平面アンテナに関し、特にマイクロストリッ
プラインのようなマイクロストリップ素子を用いたもの
に関する。

［従来の技術］先に本出願人は、第１３図に示すような平面アンテナを
提案した。これは、誘電体基板ｌの裏面全体に地導体２
を設け、誘電体基板ｌの表面にクランク状のマイクロス
トリップライン３１乃至３８を設けた所謂マイクロスト
リップラインアンテナにおいて、そのマイクロストリッ
プライン３１乃至３８を設けた誘電体基板１の上方に、
この平面アンテナて送信または受信しようとする周波数
、すなわち使用周波数の約半波長またはその整数倍に相
当する距離たけ離れた平面７内に、使用周波数の電波に
共振する長さの導体８Ｉ、８２を、マイクロストリップ
ラインの伸延方向Ｘ及びこれに直交するＹ方向に多数互
いに接近して配置したものである。なお６は、導体８１
．８２とマイクロストリップライン３１乃至３８との間
に上記の間隔を維持させるためにｌ設けた例えば発泡樹
脂等の誘電体板て５導体８１、８２は実際には例えばポ
リエステル樹脂の薄フィルムのような電波の透過率の高
い誘電体フィルム上に金属の蒸着や導電性インクによる
印刷によって形成されており、このフィルムを誘電体板
６上に貼着することによって導体８１．８２か取り付け
られている。

このような平面アンテナでは、マイクロストリップライ
ン３１乃至３Δから使用周波数の電波が放射されると、
これか各導体８１．８２に到達する。このとき各導体８
１．８２は使用周波数の電波に共振する長さであるので
、各導体８１．８２には大きな共振電流が流れ、利得を
向上させることがてきる。

［発明が解決しようとする課題］しかし、上記の平面アンテナでは、導体８１．８２は矩
形状てあり、しかもＸ及びＹ方向にのみ伸延しているの
で、Ｘ及びＹ方向に沿う電界において導体８１．８２の
共振が最も大きくなるが、Ｘ及びＹ方向の中間方向の電
界に対しては共振電流か少なくなる。マイクロストリッ
プライン３１乃至３８からの電波の放射は、その直線部
分からの放射ばかりではなく、截頭された角部りからも
電波がかなり放射されている。この角部りからの放射電
界については解析が困難であるが、Ｘ及びＹ方向とは異
なる方向の放射電界があると考えられる。従って、上記
の平面アンテナでは、角部りからの放射に対して共振電
流の大きさ、位相がＸ及びＹ方向の放射と異なるため、
第１４図（ａ）のようにもともと円偏波であったマイク
ロストリップラインアンテナの軸比が、同図（ｂ）に示
すように最大振幅方向かＸ及びＹ方向に対して斜めとな
る。このような軸比を補正することをクランク型のマイ
クロストリップラインアンテナで行なうことは困難であ
り、円偏波の利得を向上させることができなかった。

本発明は、軸比を改善することによって、利得を向上さ
せた平面アンテナを提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するために１本発明は、基板上に設け
られたマイクロストリップ素子から使用周波数の電波を
放射するように形成されたマイクロストリップアンテナ
と、上記基板における上記マイクロストリップ素子が設
けられている面から使用周波数の約半波長またはこれの
整数倍の距離を隔てた位置にある平面上に多数設けられ
、使用周波数の約手波長に共振する大きさにそれぞれ形
成された導電円形素子とを、有するものである。

また、導電円形素子を設けた平面は、１つたけでもよい
が、これを上下方向に複数設けることもできる。この場
合、これら平面間の間隔は、使用周波数の約半波長の長
さまたはその整数倍の長さである。

［作用］本発明によれば、マイクロストリップ素子から放射され
た使用周波数の電界は、導電円形素子に到達する。これ
ら導電円形素子は、使用周波数の半波長に共振する大き
さに形成されており、さらに円形であるのて、どのよう
な方向からの電界であっても同じパターンで共振する。

［実施例］第１図乃至第８図に第１の実施例を示す。この実施例も
、上述した従来のものと同様にマイクロストリップライ
ンアンテナを有するものて、このマイクロストリップア
ンテナては、第２図に示すように、例えば比誘電率か１
．７て、長さ２０ｃｍ、輻１４ｃｍの発泡ポリエチレン
製の誘電体基板ｌの裏面にアルミニウム製の地導体２か
積層され、その基板ｌの表面に第３図に示すようなりラ
ンク状のパターンのマイクロストリップライン３１乃至
３８か例えば銅箔によって形成されている。−例として
、基板ｌ、地導体２及び銅箔３１乃至３８のそれぞれの
厚さは、０．８ｍｓ、１■、０．０３ｍｍである。

第５図に示すようにマイクロストリップライン３１乃至
３８の伸延方向なＸ、これに直交する方向をＹ、基板ｌ
に垂直な方向を２とすると、マイクロストリップライン
３１乃至３８は、Ｘ方向の比較的長い部分Ａと５Ｘ方向
の比較的短い部分Ｂとを交互に有し１部分Ａ、Ｂ間はＹ
方向の部分Ｃによって結合されている。これらマイクロ
ストリップライン３１乃至３８は、このようなりランク
状部がそれぞれ４素子ずつ設けられているものである。

−例として、使用周波数が１２ＧＨ，で、２方向からＸ
方向へ２８度傾いたＷ方向へ電波を放射させる、即ちサ
イドルッキング型の指向特性の場合の各部の寸法は、ライン３１乃至３８の輻　　３．０１層部分Ａの中心部
の長さ　２９．２ｍｍ部分Ｂの中心部の長さ　２１．０ｍｍｍｍ部分中心部の長さ　１０．０ｍｍである。なお、このようなサイドルッキング型の指向特
性とするのは、Ｚ方向に電波を放射するブロードサイド
型の指向特性の場合には、ボールの中間に平面アンテナ
を取付けるとき、Ｚ方向が静止衛星と対向するように配
置しなければならず、その取付が面倒であるのに対し、
サイドルッキング型の指向特性としておけば、Ｚ方向か
ら所定の角度たけ傾いて電波を放射するのて、Ｚ方向を
静止衛星と対向するように配置する必要かなく、取付か
容易になるからである。

第３図に示すように、マイクロストリップライン３１．
３２の入力導体３１１．３２１は導体１１に、マイクロ
ストリップライン３３．３４の入力導体：１３１．３４
１は導体１２に、マイクロストリップライン３５．３６
の入力導体３５１．３６１は導体１３に、マイクロスト
リップライン３７．３８の入力導体３７１．３８１は導
体１４に、それぞれ結合されている。そして、導体１１
．１２は導体１５に、導体１３．１４は導体１６にそれ
ぞれ結合され、更に導体１５．１６は入力端子４に結合
されている。これらの導体３１１．３２１．３３１，３
４１．３５１．３６１．３７１．３８、ｉｔ、　ｉｚ、
１３．１４．１５．１６及び入力端子４も、各マイクロ
ストリップライン３１乃至３８と同様に基板１上に銅箔
で形成されている。

また、マイクロストリップライン３１．３２の出力導体
３１２．３２２と接地導体４１との間、マイクロストリ
ップライン３３．３４の出力導体３３２．３４２と接地
導体４２との間、マイクロストリップライン３５．３６
の出力導体３５２．３６２と接地導体４３との間、マイ
クロストリップライン３７．３８の出力導体３７２．３
８２と接地導体４４との間には、それぞれ終端抵抗５１
．５２．５３．５４か、はんた付けされている。これら
の導体３１２．３２２．３３２．３４２．３５２．３６
２．３７２．３８２．４１．４２．４３．４４も、各マ
イクロストリップライン３１乃至３８と同様に基板１上
に銅箔で形成されている。終端抵抗５１乃至５４の抵抗
値は、マイクロストリップライン３１乃至３８のインピ
ーダンスに等しく設定されている。なあ、接地導体４１
乃至４４は、地導体２と静電的に結合することにより高
周波的に接地されている。

基板ｌにおけるマイクロストリップライン３１乃至３８
を宥する表面の上には１′＃ｓ電体板、例えば低密度の
発泡スチロール板６か積層され、更に発泡スチロール板
６の表面上には薄いポリエステルフィルム７か積層され
ている。このポリエステルフィルム７の表面には、第４
図に示すように多数の導電円形素子８が２例えばアルミ
ニウム蒸着によって形成されている。−例として、この
平面アンテナの使用周波数か１２ＧＨｚの場合、発泡ス
チロール板の厚さは、０．５乃至０．６　人（入は使用
周波数の波長）である１２．５■鳳乃至１５■■てあり
、導電円形素子８の直径は、０．３０乃至０．３７λで
ある７、７ｍｍ乃至９．２５■Ｉである。また各導電円
形素子８は、第１図に示すようにＸ方向においては中心
から中心まての距離を約０．５人（１３，７鳳■）とし
、Ｙ方向においては約０．２５λ（７，６■Ｉ）として
、第３図に示すような長いクランクと短いクランクとか
らなる１素子領域Ｒにそれぞれ１２憫づつ各１素子領域
Ｒに回しパターンて位置するように配置されている。例
えば第１図の右上に示す１素子領域Ｒ１と、左上に示す
ｌ素子領域Ｒ２ては、各クランクの位置上に対応するそ
れぞれ導電円形素子８が設けられている。なお、ｌ素子
領域Ｒは、同一の終端抵抗に接続される２つのマイクロ
ストリップラインに跨がって形成されている。

第６図に示す実線は第１図に示す構成において、導電円
形素子８の直径を変化させたときの利得変化を示すもの
で、これより直径を０．３乃至０６３７λとすれば利得
か向上することか明らかである。なお、同図に点線で示
したのは、上述した従来の矩形の導波素子を用いた平面
アンテナにおいて導波素子の長さを変化させた場合の利
得変化を示したものて、従来のものては導波素子を設け
ていない平面アンテナと比較して最高でも約Ｌ８　ｄＢ
しか利得か向上していないのに対し、この実施例では導
電円形素子８を設けていな平面アンテナと比較して、最
低でも約３ｄＢ、最高的：１．８　ｄＢまで利得か向上
している。

第７図に示す実線は、第１図に示す構成において、発泡
スチロール板６の厚さｔを変化させた場合の利得変化を
示すもので、これより発泡スチロール板６の厚さｔを約
λ／２の整数倍としても利得か向上することか明らかで
ある。なお、同図に点線て示すのは上述した従来の矩形
導波素子を用いた平面アンテナにおいて発泡スチロール
６の厚さｔを変化させた場合の利得変化てあって、これ
においても発泡スチロールの厚さを入／２の整数倍とす
ることによって利得か向上するか、本実施例の方か利得
向上の程度が高いことか明らかである。

このように利得か向上するのは、導電円形素子８を設け
たことにより、導電円形素子８がどのような方向からの
電界に対しても同しパターンで共振するのて、軸比の大
きな変動がないからである。なお、本実施例の場合でも
、第８図（ａ）に実線で示すような円偏波は、同図（ｂ
）に実線で示すように変化するか、マイクロストリップ
ライン３１乃至３８から放射される電波の軸比な同図（
ａ）に点線で示すように縦長にしておけば、同図（ｂ）
に点線で示すように完全な円偏波とすることができる。

第１図に示すアンテナにおいて、導電円形素子８の直径
を８．５ｍｍ　、誘電体板６の厚さを１４■璽とすると
、２６ｄＢの利得か得られ、投影面積から見たアンテナ
開口効率は約８０％に達した。

第２の実施例を第９図及び第１０図に示す。この実施例
は、第１０図に示すように長さか５０ｃｍで、横幅が４
４ｃ■の基板１ａ上に、１６４１１のマイクロストリッ
プライン３ａ、３ａ・・・・・・・を設けた平面アンテ
ナを有し、各マイクロストリップライン３ａ、３ａ・・
・・・・・は、それぞれ１０個のクランク状素子からな
る。

１００はシールド板で、マイクロストリップライン３ａ
、３ａ・・・・・・・の給電回路を包囲するように設け
られ、その高さは例えば７ｍｍである。このシールド板
１００は、給電回路から放射する電波の放射損失を少な
くするために設けられている。

この実施例でも、導電円形素子８ａを第１の実施例と同
様に配置しているか、その直径は８．５Ｉである。また
発泡スチロール板６ａの高さは、シールド板１００側の
端部ての高さｈｌが１３ｍｍて、終端側の端部の高さｈ
ｌか１４．５ｍｍとされている。即ち、給電回路側から
終端側に向って上昇傾斜している。

このように発泡スチロール板６ａを設けた場合の利得を
第１１図に点線て示す。また終端側と給電側での発泡ス
チロール板６ａの高さを共に１３ｓ■と均一にした場合
の利得を同図に一点鎖線で示す。両者の比較から明らか
な様に、この実施例にように発泡スチロール板６ａに傾
斜をつけると、利得が０．３乃至０．５ｄＢ程度向上し
た。

これは次の理由による。発泡スチロール板６ａの高さ、
即ち導電円形素子８ａと各マイクロストリップライン３
ａとの距離によって、各マイクロストリップライン３ａ
の１素子当りの放射減衰量（給電側から終端側へ１素子
通過したときの放射により信号レベルの低下）か大きく
変化する。最も減衰する高さ、即ち最も多く放射される
高さは、本実施例の場合、０．５８人（１４，５１麿、
第７図参照）であり、これよりも大きくても小さくても
減衰量は小さくなる。即ち、放射は小さくなる。平面ア
ンテナにおいて、最も利得を高めるための条件は、導電
円形素子８ａが設けられている面において同一電界とす
ることである。クランク状のマイクロストリップライン
を用いた場合、終端側に近づくほど伝送されてくる電力
か小さくなり、放射電界は小さくなっている。そこで、
最も効率良く放射される１４．５１園に終端側での発泡
スチロールの高さを選択し、各円形導波素子８ａからの
放射電界を均等にしているので、利得か向上している。

第３の実施例を第１２図に示す。この実施例は、導電円
形素子８ｂ、８ｃを二層に設けたものて、下側の導電円
形素子８ｂは、直径か８ｍ１１のものて、この導電円形
素子８ｂか載っている発泡スチロール板６ｂは２給電側
及び終端側共に高さか１３ｍ■てあり、上側の導電円形
素子８ｃは、直径が７．５■ｌであり、この導電円形素
子８Ｃが載っている発泡スチロール板６Ｃの高さは給電
側で１３１１、終端側で１４ｍ５である。

この実施例の利得を第１１図に実線で示す。これからも
明らかなように、導電円形素子を二層に設けたことによ
り第２の実施例のもの（点線）よりも広帯域化か図れて
いる。

上記の各実施例では基板１、Ｉａに発泡ポリエチレン基
板を用いたか、ポリエチレン基板等の他の；基板を用い
ることもてきる。マイクロストリップラインはクランク
状のものを示したか、他の形状のマイクロストリップラ
インを用いることかできるし、マイクロストリップアン
テナとして機能するものてあれば、マイクロストリップ
ラインアンテナに限ったものではない。また、導電円形
素子８．８ａは、ポリエステル樹脂の薄膜フィルムに設
けたか、電波の透過率か良い誘電体フィルムてあれば他
のものでも使用てきる。また導電円形素子は、蒸着によ
って設けたか、導電印刷インクによって誘電体フィルム
上に印刷してもよい。また誘電体板として発泡ポリスチ
ロールを用いたか、これに代えて紙や合成樹脂のような
低損失材料で作ったハニカム構造体の板を使用すること
もてきる。また、各１素子領域Ｒは、同一の終端抵抗に
接続される２つのマイクロストリップラインに跨かって
設けたか、第３図に符号Ｒ′て示すように異なる終端抵
抗に接続される２つのマイクロストリップライン間に跨
がって形成してもよい。

［発明の効果］以上のように１本発明によれば、マイクロストリップ素
子から使用周波数の約半波長またはその整数倍の距離た
け上方に、使用周波数の約半波長に共振する大きさの導
電円形素子を設けているので、利得か従来のものよりも
格段に向上する。更に、導電円形素子を複数段に設ける
と、広帯域化を図ることかてきる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による平面アンテナの第１の実施例の部
分破断平面図、第２図は同第１の実施例の部分破断省略
縦断面図、第３図は同第１の実施例に用いる平面アンテ
ナの平面図、第４図は同第１の実施例に用いる導電円形
素子を設けたフィルムの平面図、第５図は同第１の実施
例における電波の放射方向の説明図、第６図は同第１の
実施例の導電円形素子の直径及び従来のものの導波素子
の長さと利得との関係を示す図、第７図は同第１の実施
例と従来のものとにおける発泡スチロールの高さと利得
との関係を示す図、第８図は同第１の実施例の給電電界
と放射電界とを示す図、第９図は第２の実施例の側面図
、第１０図は同第２の実施例に使用する平面アンテナの
平面図、第１１図は第２の実施例及び第３の実施例の周
波数対利得特性図、第１２図は第３の実施例の側面図、
第１３図は従来の平面アンテナの部分省略破断平面図、
第１４図は従来の平面アンテナの給電電界と放射電界と
を示す図である。ｌ　、１ａ・・・・基板、３１乃至３８．３ａ・・・・・マイクロストリップライ
ン、８．８ａ・・・・導電円形素子。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上に設けられたマイクロストリップ素子から
使用周波数の電波を放射するように形成されたマイクロ
ストリップアンテナと、上記基板における上記マイクロ
ストリップ素子が設けられている面から上記使用周波数
の約半波長またはこれの整数倍の距離を隔てた位置にあ
る平面上に多数設けられ上記使用周波数の約半波長に共
振する大きさにそれぞれ形成された円形素子とを、有す
る平面アンテナ。
（２）基板上に設けられたマイクロストリップ素子から
使用周波数の電波を放射するように形成されたマイクロ
ストリップアンテナと、上記基板における上記マイクロ
ストリップ素子が設けられている面から上記使用周波数
の約半波長またはこれの整数倍の距離を隔てた複数の位
置にある各平面上にそれぞれ多数設けられ上記使用周波
数の約半波長に共振する大きさにそれぞれ形成された円
形素子とを、有する平面アンテナ。