JPH07307612A - 平面アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 良好に広帯域化を図ることができる平面アン
テナを提供する。 【構成】 給電線路１６の上下を誘電体層１５，１７を
介して地導体１３，１８で遮蔽したトリプレート線路を
給電に用いると共に、このトリプレート線路の上部地導
体１３に開口部１４を設け、開口部１４の上層に誘電体
層１２を介して放射導体１１を配置し、開口部１４を放
射導体１１よりも大きくした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、各種無線装置に適用し
て好適な平面アンテナに関し、特にマイクロストリップ
アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロストリップアンテナは薄形、軽
量な平面アンテナであると共に、エッチング技術で容易
に製作できるため、多くの分野で応用されている。特
に、電磁結合型マイクロストリップアンテナは、給電の
際に給電ピン等を用いない非接触型の平面アンテナであ
るために、アレー化に適した構造を有する。

【０００３】電磁結合型の平面アンテナの一構成例とし
て、トリプレート線路給電マイクロストリップアンテナ
の構成を図４に示す。トリプレート線路給電マイクロス
トリップアンテナは、放射導体３１がギャップ３２を介
して地導体３３の中心に配置してある。この場合、ギャ
ップ３２の幅ｇは、放射導体３１の縁端効果（電磁界の
漏れにより実際の放射体の寸法が大きくなる効果）に影
響を与えない幅としてある。この放射導体３１，地導体
３３の下に誘電体層３４及び３５が配され、両誘電体層
３４，３５の間に給電線路３７が配される。そして、誘
電体層３５の下に地導体３６が配される。

【０００４】この図４に示すアンテナは、放射系は地導
体３６上に誘電体層３４及び３５を介して放射導体３１
を配置したマイクロストリップアンテナ構造として構成
され、給電系は給電線路３７からの不要放射を抑制する
ために、給電線路３７をそれぞれ誘電体層３４，３５を
介して地導体３３，３６で遮蔽したトリプレート線路構
造として構成される。なお、説明の便宜上、図面中では
各層を分割して明記しているが、実際は各層を密着させ
て構成される（本明細書で以下に説明するアンテナの場
合も同じ）。

【０００５】このアンテナは、放射導体３１への給電
は、給電線路３７より電磁結合にて行ない、放射系と給
電系の整合は、給電線路３７の幅およびそのスタブ長ｌ
ｓ₃ を調整して実現される。なお、その放射特性は、放
射導体３１の寸法ａ₃₁，ｂ₃₁、誘電体層３４及び３５の
比誘電率、誘電体層３４及び３５の厚さｈ₃₁及びｈ₃₂が
主なパラメータとして決定される。

【０００６】次に、同様な電磁結合型の平面アンテナの
一構成例として、スロット結合マイクロストリップアン
テナの構成を図５に示す。このアンテナは、放射導体４
１が誘電体層４２の中心に配置してあると共に、誘電体
層４２の下層に地導体４３を介して誘電体層４５が配さ
れる。この場合、地導体４３の中心に励振用スロット４
４が設けてある。さらに、誘電体層４５の下層に給電線
路４６，誘電体層４７，地導体４８が配置されて構成さ
れる。この場合、励振用スロット４４の幅ｗａは放射導
体４１の１辺の長さａ₄₁に比べ十分小さくしてある。

【０００７】このスロット結合マイクロストリップアン
テナは、励振用スロット４４の幅ｗａが放射導体４１の
長さａ₄₁に比べ十分小さいため、放射系は地導体４３上
に誘電体層４２を介して放射導体４１を配置したマイク
ロストリップアンテナ構造となり、給電系は給電線路４
６をそれぞれ誘電体層４５，４７を介して地導体４３，
４８で遮蔽したトリプレート線路構造となる。放射導体
４１への給電は、給電線路４６より励振用スロット４４
を介して電磁結合にて行ない、整合は、励振用スロット
４４の長さｌａ及び幅ｗａ、給電線路４６の幅及びその
スタブ長ｌｓ₄を調整して実現される。なお、その放射
特性は、放射導体４１の寸法ａ₄₁，ｂ₄₁、誘電体層４２
の比誘電率、誘電体層４２の厚さｈ₄₁が主なパラメータ
として決定される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、マイクロス
トリップアンテナは、誘電体層が厚くなるにつれ、広帯
域特性を示すことが広く知られている。そこで、上述し
た図４に示すトリプレート線路給電マイクロストリップ
アンテナにおいて、広帯域化を図るために誘電体層の厚
み（ｈ₃₁＋ｈ₃₂）を厚くすることが考えられるが、この
ように厚くすると、不可避的にトリプレート線路の厚さ
を厚くすることにつながり、その結果、トリプレート線
路内に高次モードを発生させ、伝送損失の増加の原因と
なる。さらに、トリプレート線路の構成には極めて低損
失な比誘電率が１に近い材料が望ましいために、放射導
体の小形化が困難である。また、スロット結合マイクロ
ストリップアンテナでは、トリプレート線路の上部地導
体がマイクロストリップアンテナの地導体となるため、
その帯域は誘電体層厚ｈ₄₁により決定され、同じ厚さの
誘電体基板で構成した従来のトリプレート給電マイクロ
ストリップアンテナより狭帯域となる。

【０００９】本発明の目的は、良好に広帯域化を図るこ
とができる平面アンテナを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、例えば図１に
示すように、給電線路１６の上下を誘電体層１５，１７
を介して地導体１３，１８で遮蔽したトリプレート線路
を給電に用いると共に、このトリプレート線路の上部地
導体１３に開口部１４を設け、開口部１４の上層に誘電
体層１２を介して放射導体１１を配置し、開口部１４を
放射導体１１よりも大きくしたものである。

【００１１】また、この場合に開口部１４の上層の誘電
体層１２として、給電線路層１５，１７と異なる誘電率
を有する誘電体層を用いたものである。

【００１２】さらに、それぞれの場合に開口部１４の上
層の誘電体層１２の厚さを、給電線路層１５，１７と異
なる厚さの誘電体層としたものである。

【００１３】

【作用】本発明によると、給電線路であるトリプレート
線路の厚みを変えることなくアンテナ部の基板厚のみを
厚くすることができるため、従来のトリプレート線路給
電マイクロストリップアンテナ及びスロット結合マイク
ロストリップアンテナに比べ、アンテナの広帯域化が可
能である。

【００１４】また、この場合に開口部の上層の誘電体層
として、給電線路層と異なる誘電率を有する誘電体層を
用いることで、より効果的に広帯域化を図ることができ
ると共に、高効率化が可能である。

【００１５】さらに、それぞれの場合に開口部の上層の
誘電体層の厚さを、給電線路層と異なる厚さの誘電体層
とすることで、より効果的に広帯域化，高効率化を図る
ことができると共に、トリプレート線路内での高次モー
ドの発生を抑制でき、給電線路での損失の低減が可能で
ある。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１及び図２を参
照して説明する。

【００１７】図１は本例のアンテナを示す図で、放射導
体１１が誘電体層１２の上に配された第１層と、誘電体
層１５の上に地導体１３が配された第２層と、給電線路
１６が上面に設けられた誘電体層１７とその下面の地導
体１８で構成される第３層の計３層で構成される。この
場合、誘電体層１５の上の地導体１３には、四角形の開
口部１４が形成させてある。なお、説明の便宜上、図中
では各層を分割して明記しているが、実際は各層を密着
させて構成される。

【００１８】ここで、放射導体１１及び開口部１４の形
状は、図１に示した四角形のみならず各種形状において
構成可能であるが、開口部１４の大きさは、放射導体１
１の縁端効果に影響を与えない適切な大きさにする（少
なくとも放射導体１１よりも大きくする）必要がある。
例えば図１に示した四角形の開口部１４の場合には、開
口部１４の寸法ａ₁₂，ｂ₁₂には、放射導体１１の縁端効
果に影響を与えない次式〔数１〕式，〔数２〕式より求
まる適切な寸法を用いる必要がある。

【００１９】

【数１】ａ₁₂≧ａ₁₁＋４ｈ・ln２ ／ π

【００２０】

【数２】ｂ₁₂≧ b₁₁＋４ｈ・ln 2 ／ π ただし、ｈはマイクロストリップアンテナの基板厚であ
り、図１の構成では３枚の誘電体層１２，１５，１７の
厚さ（即ちｈ＝ｈ₁₁＋ｈ₁₂＋ｈ₁₃）となる。また、
ａ₁₁， b₁₁は、四角形の放射導体１１の２辺の長さであ
る（図１参照）。

【００２１】このように構成される本例のアンテナは、
放射系は地導体１８上に誘電体層１２，１５及び１７を
介して放射導体１１を配置したマイクロストリップアン
テナ構造となり、給電系は給電線路１６をそれぞれ誘電
体層１５，１７を介して地導体１３，１８で遮蔽したト
リプレート線路構造となる。なお、給電線路１６に示す
ｌｓ₁ は、給電線路１６のスタブ長である。

【００２２】このように構成されるトリプレート線路給
電平面アンテナの反射損の周波数特性を、図２に示す。
図２において、実線で示す特性が本例のアンテナの特性
で、破線で示す特性が従来例のアンテナ（図４に示すア
ンテナ）の特性である。同図より、VSWRが2.0 以下の帯
域は、従来例が2.3 ％であるのに対し、本例では3.4％
となり、広帯域化が図られていることが確認できる。な
お、従来例では放射導体３１の２辺の大きさａ₃₁＝ｂ₃₁
＝ 23.0mm,ギャップ３２の幅ｇ = 1.5 mm,各誘電体層の
厚みｈ₃₁＝ｈ₃₂＝0.8mm とした場合の特性値であり、本
例のアンテナでは放射導体１１の２辺の長さａ₁₁＝ｂ₁₁
＝ 23.0mm , 開口部１４の２辺の長さａ ₁₂＝ｂ₁₂＝27.0
mm，誘電体層１２，１５，１７の厚さｈ₁₁＝ｈ₁₂＝ｈ₁₂
＝0.8mmである。

【００２３】なお、本例のアンテナの場合には、上層の
誘電体層１２として、トリプレート線路を構成する誘電
体層１５，１７と異なる誘電率の誘電体層を使用するこ
とで、より特性の改善を行うことができる。例えば、上
層の誘電体層１２として、誘電体層１５，１７よりも低
誘電率な材料を用いた場合、より広帯域かつ高効率な特
性が得られる。また、上層の誘電体層１２として、誘電
体層１５，１７よりも高誘電率な材料を用いた場合、放
射導体１１の小形化が実現される。

【００２４】次に、本発明の平面アンテナの他の実施例
を、図３を参照して説明する。本例の場合には、その基
本的構成は図１の例と同様であり、放射導体２１が誘電
体層２２の上に配された第１層と、誘電体層２５の上に
地導体２３が配された第２層と、給電線路２６が上面に
設けられた誘電体層２７とその下面の地導体２８で構成
される第３層の計３層で構成される。この場合、誘電体
層２５の上の地導体２３には、四角形の開口部２４が形
成させてある。

【００２５】そして本例においては、上層の誘電体層２
２の厚さｈ₂₁を、トリプレート線路の誘電体層２５，２
７の厚さｈ₂₂，ｈ₂₃と異なる厚さの誘電体層とする。ま
た、スタブ長ｌｓ₂ の給電線路２６に、その幅を細くし
たλg ／４整合回路２９を挿入する。これにより、給電
系と放射系の結合が弱くなる際の整合を可能にしてい
る。この構造において、トリプレート線路の誘電体層２
５，２７の厚さを最適に設計することにより、給電線路
での損失を抑制することができ、アレー化に適した構造
であると共に、広帯域な特性を得ることができる。

【００２６】なお、この図３に示すように上層の誘電体
層の厚さを、トリプレート線路の誘電体層の厚さと変え
る場合においても、上述したように誘電率を変えるよう
にしても良いことは勿論である。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果が得られる。 ・ 放射系、給電系を独立して設計できるため、大幅に
設計性が改善される。 ・ 給電線路であるトリプレート線路の基板厚に関係な
く、アンテナ部の基板厚を厚くすることができるため、
アンテナの広帯域化が実現できる。

【００２８】また、開口部の上層の誘電体層として、給
電線路層と異なる誘電率を有する誘電体層を用いること
で、以下の効果が得られる。 ・ 従来と比較して、上層の誘電体層に低誘電率な材料
を用いた場合、アンテナの広帯域化、高効率化が実現さ
れる。 ・ 従来と比較して、上層の誘電体層に高誘電率な材料
を用いた場合、放射導体の小形化が実現される。

【００２９】さらに、開口部の上層の誘電体層の厚さ
を、給電線路層と異なる厚さの誘電体層とすることで、
以下の効果が得られる。 ・ トリプレート線路内での高次モードの発生を抑制で
き、給電線路での損失の低減が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるトリプレート線路給電
平面アンテナを示す分解斜視図である。

【図２】一実施例によるトリプレート線路給電平面アン
テナの反射損の周波数特性を示す特性図である。

【図３】本発明の他の実施例によるトリプレート線路給
電平面アンテナを示す分解斜視図である。

【図４】従来のトリプレート線路給電平面アンテナの一
例を示す分解斜視図である。

【図５】従来のスロット結合平面アンテナの一例を示す
分解斜視図である。

【符号の説明】

１１，２１ 放射導体 １２，１５，１７，２２，２５，２７ 誘電体層 １３，１８，２３，２８ 地導体 １４，２４ 開口部 １６，２６ 給電線路 ２９ λg ／４整合回路

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給電線路の上下を誘電体層を介して地導
   体で遮蔽したトリプレート線路を給電に用いると共に、 上記トリプレート線路の上部地導体に開口部を設け、該
   開口部の上層に誘電体層を介して放射導体を配置し、 上記開口部を上記放射導体よりも大きくした平面アンテ
   ナ。
2. 【請求項２】 上記開口部の上層の誘電体層として、給
   電線路層と異なる誘電率を有する誘電体層を用いた請求
   項１記載の平面アンテナ。
3. 【請求項３】 上記開口部の上層の誘電体層の厚さを、
   給電線路層と異なる厚さの誘電体層とした請求項１又は
   請求項２記載の平面アンテナ。