JPS63199503A - マイクロストリツプアンテナ - Google Patents

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） この発明は、マイクロストリップアンテナに係り、特に
低損失給電可能で広帯域な構成を備えたマイクロストリ
ップアンテナに関するものである。

（従来の技術） 給電線からの放射損を抑えるマイクロス１１ツブアンテ
ナ技術としては、給電線をトリプレート構造（密着サン
ドウィッチ型）あるいはサスペンディト構造（中空懸垂
型）とする方法があり、例えば、Ｊ、ＲｏＪａｍｅｓ　
ｅｔ　ａｌ、著：　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　Ａｎｔｅｎ
ｎａＴｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　Ｄｅｓｉｇｎ、　Ｐｅｔｅ
ｒ　Ｐｅｒｅｇｒｉｎｕｓ社（英国）発行、ｐ７．１９
８１、に公知である。

また広帯域化の技術としては、放射素子と同一面あるい
はその上部に無給電素子を形成する方法があり、例えば
Ｃ，Ｗｏｏｄ：Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ
　ｏｆＭｉｃｒｏｓｔｒｉｐ　Ａｎｔｅｎｎａｓ　Ｕｓ
ｉｎｇ　Ｐａｒａｓｉｔｉｃ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ。

１１ＥｆＥ　Ｐｒｏｃ、、Ｐａｒｔ　Ｈｏ、ｐｐ、２３
１−２３４　（１９８０，８，）、に公知である。

（発明が解決しようとする問題点） 薄い低誘電率プリント基板上に、放射素子と給電線を一
体形成して構成できるマイクロス）　ＩＪツブアンテナ
は、平面性、軽量性、製作の容易さなどすぐれた利点を
有しているが、給電線による損失が多く狭帯域であると
いう欠点を有している。

マイクロストリップアンテナの構成中、プリント基板の
同一平面上にマイクロス）　ＩＪツブ給電線とパッチタ
イプの放射素子を形成してなるアンテナは、特に製作が
容易で量産に向き安価である。しかし給電線をマイクロ
ストリップラインで構成した場合、給電線損失は銅損、
誘電体損、放射損の総和となり損失が大きくなる。

このうち誘電体損は、使用するプリント基板の特性（ｔ
ａｎ　δ）により決定される損失であり、放射損は、マ
イクロストリップライン上の二分配やトランスなど不連
続部からのスプリアス放射による損失である。特に例え
ばマイクロストリップパッチにより並列給電アレーアン
テナを構成した場合、給電線上において二分配やトラン
スが多くなり同時に放射損も多くなってしまう。さらに
アンテナの放射パターンを乱す原因にもなる。

また銅損と放射損は、使用するプリント基板の厚さと線
路の特性インピーダンスにより異なる値をとることが明
らかになっている。これについては例えば、村田、王丸
：円偏波二層構造プリントアンテナの特性、電子通信学
会アンテナ伝播研究会資料ＡＰ８６−１０１（昭和６１
年１０月）、に詳述されている。さらにこの時線路の特
性インピーダンスを一定とすると、銅損は基板の厚みが
増加するに従い減少し、これに反して放射損は増加する
。また放射素子の帯域は基板厚の増加により広帯域にな
っていくことが明らかになっている。

以上のことから一枚の同一基板上に給電線と放射素子の
両　を作成した場合、広帯域化を目的に厚いプリント基
板を選択すると放射損による給電線損失が増加し、反対
に薄いプリント基板を選択すると狭帯域なアンテナとな
ってしまう。

従って実用性のある効率の高いマイクロストリップアン
テナを提供するためには、給電線損失が小さくかつ広帯
域なアンテナ構成法が必要であり、しかもこの時その構
成法がマイクロストリップアンテナの利点である軽量性
、薄型、製作の容易さなどの利点を損なわないものでな
ければならない。

給電線の放射損を抑える手段としては、従来技術の項に
も述べたように、給電線をトリプレート構造あるいはサ
スペンディト構造とする構成法がある。しかしトリプレ
ート構造は、放射素子を形成したプリント基板の裏面に
給電線を形成してトリプレート化した場合、放射素子と
の接続をスルーホールでおこなわなければならずここで
の損失が増加したり、サスペンディト構造は構造が複雑
になるなどの欠点があった。また広帯域化を同時に満足
することはできなかった。

インピーダンスの狭帯域特性を解決する手段としては、
放射素子の同一平面上や上方に無給電素子を設置する方
法はあった。しかしこれらの方法は広帯域化のみを目的
としたものであった。

従って本発明の目的は、上述の諸欠点を除去し、製作が
容易で量産に向き、安価な低損失広帯域なマイクロスト
リップアンテナを提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するため、本発明に関わるマイクロスト
リップアンテナは、放射素子と給電線とを同一平面上に
構成したプリント基板を具えたマイクロストリップアン
テナにおいて、前記プリント基板の構成面の上部に、こ
れと平行に一定の間隔を隔てて所定の厚みの誘電体板を
設け、前記放射素子に対向する真上の前記誘電体板の面
には無給電素子を形成し、さらに前記誘電体板の面の所
定の位置に接地板を形成したことを特徴とするものであ
る。

本発明の好適な実施態様は、前記所定の位置が、前記無
給電素子の形成された前記誘電体板の而」二で、前記ｆ
！■給電米子の端部から一定の距離を隔てた部分までを
除く全面であることを特徴とする特また本発明の好適な
他の実施態様は、前記所定の位置が、前記無給電素子の
形成された面の他方の前記誘電体板の面上で、前記無給
電素子に対応する部分とその端部から一定の距離を隔て
た部分までとを除く全面、であることを特徴とする。

（実施例） 以下添付図面を参照し実施例により本発明の詳細な説明
する。

本発明の代表的な第１の実施例の構成を第１図に示す。

同図（′ａ）、（ｂ）はそれぞれ平面図および断面図で
ある。第１図示の構成では、マイクロス）　ＩＪツブパ
ッチ（放射素子）２、給電線３と基板アース８を備えた
プリント基板ｌと、無給電パッチ（無給電素子）５およ
び接地板６を備えた誘電体板４を具え、さらに接地側板
７を具えてプリント基板１と誘電体板４間には間隙９が
存在する。　・ プリント基板１の同一平面上にはマイクロストリップパ
ッチ２と給電線３とが形成されている。

そしてマイクロストリップパッチ２の大きさ、すなわち
ここに例示した方形パッチの場合は、−辺の長さをＡｇ
／２　（λｇは誘電体中の伝播波長）付近に選ぶ。この
プリント基板１の裏面には基板アース８が形成されてい
る。

誘電体板４はプリント基板１の上方に一定の間隔で置か
れており、マイクロストリップパッチ２、給電線３と対
向する面に無給電パッチ５、接地板６がそれぞれ形成さ
れている。無給電パッチ５の大きさはマイクロストリッ
プパッチ２の大きさと同程度か多少変えることもできる
。

接地側板７はプリント基板１と誘電体板４が一定間隔と
なるように支持している。この間隔は０．０８λＯ（λ
Ｏは自由空間伝播波長）程度に選ぶことが可能で、例え
ばλ０＝１２ＧＨｚの場合この間隔は２ｍｍ程度となっ
て、薄く構成可能なマイクロストリップアンテナの利点
を大幅に損なうことはない。

無給電パッチ５はマイクロストリップパッチ２の真上に
あり、一定間隔を隔てて対向するように誘電体板４０対
向面に形成されている。また無給電パッチ５とマイクロ
ストリップパッチ２の形は相似の関係にある。両者はこ
こに例示した方形バ　。

ッチのみならず、他の形、例えば円形バッチなどで置き
換えることも可能である。またマイクロストリップパッ
チ２の偏波はここに示した直線偏波に限らす円偏波も可
能である。

誘電体板４において無給電パッチ５を形成した同一平面
上の残りの面には、無給電パッチ５の端部から一定距離
を隔てた部分までを除く全面に接地板６が形成されてい
る。この無給電パッチ５と接地板６を形成した一枚の誘
電体板４を、接地側板７にてプリント基板１との間隔が
一定となるように支持させることにより本発明の目的が
達成される。すなわち給電線により励振されたマイクロ
ストリップパッチ２はさらに無給電パッチ５を励振する
。それで無給電パッチ５を設けたことによりアンテナの
等価回路は２役の共振回路で表わすこきができるように
なり、アンテナは広帯域になる。従ってマイクロストリ
ップパッチ２と無給電パッチ５の対は広帯域な放射素子
として動作し、給電線が存在する大部分は接地板６、接
地側板７におおわれて遮蔽構造となり放射損が低域され
る。

以上の結果、プリント基板１の基板厚さを厚くすること
ができるので銅損も減少し、総合の給電線損失を小さぐ
することができる。さらに無給電パッチ５を付加したこ
とによりインピーダンス帯域が広帯域化され、このこと
により指向性パターンが乱されることもない。

間隙９は例示した空隙としてのみならず、低誘電率の発
泡剤などで埋めることにより、プリント基板１と誘電体
板４の間隔を一定に保ち、さらにアンテナのゆがみを防
ぐ補強材の役割りを持たせることもできる。

次に本発明をマイクロストリップアレーアンテナに適用
した第２の実施例構成の平面図、断面図を第２図（ａ）
、（ｂ）に示す。この構成図では複数個のマイクロスト
リップパッチ２と各々のバッチに接続される給電線３、
さらに基板アース８を形成したプリント基板１と、複数
個の無給電パッチ５と接地板６を形成した誘電体板４、
そして接地側板７と間隙９とからなっている。マイクロ
ストリップアレーアンテナは第２図示のように、プリン
ト基板１の同一平面上にマイクロストリップパッチ２が
多数適当な間隔で配列され構成されており、各々のパ・
ツチには給電線３が接続されている。

本発明第２の実施例では、各々のパッチ２に対向する誘
電体板４の対向平面上にはそれぞれ無給電パッチ５が形
成され、さらに同一平面上の残りの部分には、無給電パ
ッチ５の端部から一定の距離を隔てた部分までを除く全
面に接地板６が形成されている。接地側板７はプリント
基板ｌと誘電体板４の間隔が一定となるようにアンテナ
端部を支持している。

ここに例示したマイクロストリップアレーアンテナの場
合も、マイクロストリップパッチ２および無給電パッチ
５の対は、ここに示した方形パッチのみならず円形パッ
チなども使用可能である。

またマイクロストリップパッチ２の偏波はここに示した
直線偏波の場合に限らす円偏波の場合も可能である。

第２図においてマイクロストリップパッチ２とこれに対
向する無給電パッチ５の対は、広帯域な放射素子として
も動作する。さらにプリント基板１に作成された給電線
３からのスプリアス放射は、接地板６、接地側板７によ
り遮蔽され放射損は原理的には生じない。

第３図にはさらに無給電パッチ５を多段に立体的に積ん
だ本発明第３の実施例構成の平面図（ａ）および断面図
（ｂ）を示す。ここに示した多段構成は、第１図示の基
本構成にさらに無給電パッチのみを作成した誘電体板を
追加し構成するもので、広帯域化がさらに期待できると
とも３Ｉ！蔽構造により給電線損失は低減される。

最後に第４図に本発明第１の実施例を多少変更した第４
の実施例構成の断面図を示す。第４の実施例は第１の実
施例の誘電体板の面上に設ける接地板を第１の実施例と
は誘電体板で反対面に設けたのみ以外は全く第１の実施
例と同じである。すなわち第４の実施例では、無給電素
子の形成された面の他方の誘電体板の面上で、無給電素
子に対応する部分とその端部から一定の距離を隔てた部
分までとを除く全面に接地板を設けている。

（発明の効果） プリント基板の同一平面上に放射素子と給電線を構成し
て成るマイクロストリップアンテナは、製作が容易で安
価ではあるが給電線損失が大きく狭帯域である。そこで
本発明では、この放射素子と給電線とを構成したプリン
ト基板の上部に、無給電素子と接地板を作成した１枚の
誘電体板を設置するだけで、マイクロストリップアンテ
ナの利点を損うことなく、これらの欠点を改善した構成
のアンテナを提供した。

本発明構成のアンテナによれば、給電線の大部分はその
真上に設置される誘電体板に作成された接地板により遮
蔽され、その結果マイクロス）　ＩＪツブライン給電線
における３つの主要な給電線損失、すなわち銅損、誘電
体損、放射損のうち放射損が低減される。この結果プリ
ント基板の基板厚を厚くすることができるので銅損も減
少し、総和の給電線損失を小さくすることができる。ま
た放射素子と対向するように無給電素子を設けたことに
より広帯域アンテナとして動作させることができる。

本発明の効果は本発明構成のアンテナをアレーアンテナ
に実施した場合さらに明確になる。アレーアンテナの場
合、放射素子の増加に伴って開口面積も大きくなり利得
も増加するが、給電線も長くなってしまう。また二分配
やトランスなど給電線中の不連続部の数も増加する。従
って高効率なアレーアンテナ実現のためには、給電線損
失の低減は設計上重要である。本発明はこのようなアレ
ーアンテナに対しても適用可能であり、低損失広帯域な
マイクロストリップアレーアンテナの実現が可能である
。すなわちアレーアンテナの場合も、一枚の誘電体板上
に放射素子と給電線に対向するようにそれぞれ無給電素
子と接地板を作成し、これを放射幸子、給電線の上部に
一定間隔を隔てて設置することによりその効果が得られ
る。

上部設置の誘電体板の厚みは特に限定されず、例えば、
放射素子と給電線とを形成しているプリント基板と同程
度の厚みのものを使用することもできる。また無給電素
子と接地板は誘電体板に例えばエツチング技術により作
成可能であるから、軽量かつ安価に構成することができ
る。すなわち本発明構成では低損失広帯域なマイクロス
トリップアンテナおよびアレーアンテナが安価かつ容易
に実現できる。

また本発明によるマイクロストリップアンテナは第１図
にも示したように密閉構造とすることができる。すなわ
ち誘電体板にアンテナカバーの役割を持たせることもで
き、耐候性のある材料を選択することにより実用的で一
般使用に十分耐え得るアンテナとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明箱１の実施例アンテナの平面図（ａ）
と断面図（ｂ）を示し、 第２図は、本発明箱２の実施例アンテナの平面図（ａ）
と断面図（ｂ）を示し、 第３図は、本発明箱３の実施例アンテナの平面図（ａ）
と断面図（ｂ）を示し、 第４図は、本発明箱４の実施例アンテナの断面図を示す
。 １・・・プリント基板 ２・・・マイクロストリップパッチ ３・・・給電線　　　　　　４・・・誘電体板５・・・
無給電パッチ　　　６・・・接地板７・・・接地側板　
　　　　訃・・基板アース９・・・間隙

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、放射素子と給電線とを同一平面上に構成したプリン
   ト基板を具えたマイクロストリップアンテナにおいて、
   前記プリント基板の構成面の上部に、これと平行に一定
   の間隔を隔てて所定の厚みの誘電体板を設け、前記放射
   素子に対向する真上の前記誘電体板の面には無給電素子
   を形成し、さらに前記誘電体板の面の所定の位置に接地
   板を形成したことを特徴とするマイクロストリップアン
   テナ。 ２、前記所定の位置が、前記無給電素子の形成された前
   記誘電体板の面上で、前記無給電素子の端部から一定の
   距離を隔てた部分までを除く全面であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項に記載のマイクロストリップア
   ンテナ。 ３、前記所定の位置が、前記無給電素子の形成された面
   の他方の前記誘電体板の面上で、前記無給電素子に対応
   する部分とその端部から一定の距離を隔てた部分までと
   を除く全面であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項に記載のマイクロストリップアンテナ。