JP2002368532A

JP2002368532A - マイクロストリップアンテナ及びその形成方法

Info

Publication number: JP2002368532A
Application number: JP2002110974A
Authority: JP
Inventors: Thomas S Laubner; シャーマンローブナートーマス; Robert Schilling; シリングロバート
Original assignee: Tyco Electronics Corp
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 2001-04-12
Filing date: 2002-04-12
Publication date: 2002-12-20
Also published as: EP1249892A3; EP1249892A2; TW541764B; US20020149520A1

Abstract

(57)【要約】【課題】低背の利点を損なうことなく、マイクロストリ
ップアンテナが頂点及び低角度で信号を送受信できるよ
うに、頂点及び低角度の両方で高利得を提供できる改良
されたマイクロストリップアンテナの提供。【解決手段】マイクロストリップアンテナ１００は、平
坦な接地平面１０上に配置された***した接地平面２
４、***した接地平面２４上に配置された誘電体基板１
１、誘電体基板１１上に配置されたパッチ１２、パッチ
１２、誘電体基板１１及び***した接地平面２４を貫通
して配置されたフィードピン１４、並びにパッチ１２の
少なくとも一部を包んで低角度での放射利得を増加させ
る誘電体レンズ２０とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロストリッ
プアンテナに関し、さらに詳細には、水平に近い低角度
と同様に頂点でも大きな放射利得を提供できるマイクロ
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、ポール
型アンテナでは実現できない種々の利点を提供する。マ
イクロストリップアンテナは典型的には電磁波を送受信
する導体層のパッチを使用するので、低背で、容易に製
造でき、且つマイクロストリップ構造を使用する電子デ
バイスと両立する。

【０００３】図１（Ａ）は従来のマイクロストリップア
ンテナ５０の平面図であり、図１（Ｂ）は図１（Ａ）１
Ｂ−１Ｂ線に沿ったマイクロストリップアンテナ５０の
断面図である。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるよ
うに、従来のマイクロストリップアンテナ５０は、平坦
な「接地」平面１０、この接地平面１０上に配置された
誘電体基板１１、この誘電体基板１１上に配置されたア
ンテナ要素すなわち「パッチ」１２、並びに接地平面１
０、誘電体基板１１及びパッチ１２を貫通して形成され
た孔に配置された少なくとも１本のフィードピン１４を
具備する。接地平面１０は、例えば銅又はアルミニウム
で形成することができる導電層である。パッチ１２は、
銅等のいかなる導電材料でも形成可能な薄い導電層であ
る。アンテナ５０は、送信機（例えば、衛星、地上基地
局）からの電磁波を受信し、フィードピンを通って受信
機に送給したり、或いは送信機からフィードピン１４を
通って受信された信号に従って他の受信機ができるよう
に電磁波を放射する。接地平面１０を貫通するフィード
ピン１４の下端は、増幅器、フィルタ、変調器等の電子
デバイスに電気的に接続される。これら電子デバイス
は、無線通信システム内で送信及び受信の一方又は両方
のために、典型的にはアンテナに連結される必要があ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】アンテナ５０等の従来
のマイクロストリップパッチアンテナは頂点（すなわち
水平から９０°の角度）付近の位置から送信される信号
に対する感度は比較的良好であるが、低角度（例えば水
平から１０〜３０°）付近の位置から送信される信号に
対する感度はあまり良好でない。しかし、頂点及び低角
度の両方での感度が良好なアンテナが望まれる用途は多
い。例えば、ＧＰＳ（全地球測位システム）及びＳＤＡ
ＲＳ（衛星デジタルオーディオ無線システム）等のシス
テムにおいて、アンテナは高角度及び低角度の両方で送
信機と通信する必要がある。それ故、従来のマイクロス
トリップパッチアンテナは、頂点及び低角度で高利得を
要する用途での使用には適さない。

【０００５】従って、低背の利点を損なうことなく、マ
イクロストリップアンテナが頂点及び低角度で信号を送
受信できるように、頂点及び低角度の両方で高利得を提
供できる改良されたマイクロストリップアンテナに対す
るニーズがある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、頂点及び低角
度の両方で高利得を提供できる改良されたマイクロスト
リップアンテナを提供する。このマイクロストリップア
ンテナは、従来のマイクロストリップアンテナが内包す
る問題を解決する。特に、本発明のマイクロストリップ
アンテナは、アンテナのパッチの一部又は全部を包む誘
電体レンズと、平坦な接地平面上にパッチを支持する隆
起した接地平面とを具備する。誘電体レンズは、低角度
（例えば水平から３０°未満）での放射利得を増加する
ように、パッチへ向いた電磁波及びパッチからの電磁波
を屈折する。***した接地平面は屈折効果をさらに強化
するので、低角度での放射利得がさらに増加する。その
結果、本発明のマイクロストリップアンテナは、頂点で
高利得を提供すると共に、低角度で増加した利得を提供
する。

【０００７】従って、本発明は、導電性接地平面、この
接地平面上に配置された誘電体基板、この誘電体基板上
に配置されたパッチ、このパッチに電気的に送給する送
給手段、及びパッチの少なくとも一部を包んで低角度で
の放射利得を増加させる誘電体レンズを具備するマイク
ロストリップアンテナに関する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
を説明する。図２（Ａ）は本発明の第１実施形態のマイ
クロストリップアンテナ１００を例示する平面図であ
り、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の２Ｂ−２Ｂ線に沿ったマ
イクロストリップアンテナ１００の断面図である。図２
（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、マイクロストリッ
プアンテナ１００は、平坦な接地平面１０、平坦な接地
平面１０上に配置された誘電体基板１１、誘電体基板１
１上に配置されたパッチ１２、少なくとも１本のフィー
ドピン１４、並びにパッチ１２及び誘電体基板１１を完
全に包む誘電体レンズ２０を具備する。

【０００９】フィードピン１４は、パッチ１２、誘電体
基板１１及び***した接地平面２４を貫通して形成され
た孔内に配置される。フィードピン１４の代替物とし
て、パッチ１２に送給するためのいかなる機構をも使用
可能である。***した接地平面２４は、銅、アルミニウ
ム等の導電材料で形成された導電性基板である。誘電体
レンズ２０は、プラスチック、ガラス繊維等の当業者に
は周知のいかなる誘電材料でも形成できる。

【００１０】***した接地平面２４と共に誘電体レンズ
２０が作動するので、本発明のマイクロストリップアン
テナ１０は、頂点（水平から９０°）及び低角度（水平
から４５°未満）の両方で高感度すなわち大きな放射利
得を提供する。特に、誘電体レンズ２０は、パッチ１２
により送信又は受信される電磁波を屈折するよう作用す
る。電磁波の屈折により、より多くの電磁波が低角度
（すなわち低い角度方向に）パッチ１２によって受信又
は送信される。***した接地平面２４は、パッチ１２及
び誘電体基板１１を平坦接地平面１０上に***させるこ
とによりこの効果をさらに強化するので、より下向きの
電磁波屈折が生ずる。***した接地平面２４はまた、平
坦接地平面２４への結合部として作用する。

【００１１】***した接地平面２４は、平坦接地平面１
０及び***した接地平面２４間に空間２２が介在するよ
うに形成される。増幅器、フィルタ、ケーブル等のアン
テナの適正作動に要する電子装置及び他の回路は、付加
された空間２２内に配置することができる。この結果、
より小型で空間効率のよいマイクロストリップアンテナ
が提供できる。

【００１２】図３は、本発明の第２実施形態のマイクロ
ストリップアンテナ２００の断面図である。図３に示さ
れるように、マイクロストリップアンテナ２００は、隆
起した接地平面２４が無いことを除き、図２に示される
マイクロストリップアンテナ１００と同じである。すな
わち、誘電体基板１１及び誘電体レンズ２０は平坦接地
平面１０に直接配置されている。上述したように、誘電
体レンズ２０は、頂点及び低角度の両方で高利得が達成
されるように、電磁波を屈折するよう作用する。マイク
ロストリップアンテナ２００での低角度利得はマイクロ
ストリップアンテナ１００によって提供される低角度利
得ほど高くはないが、誘電体レンズのない従来のマイク
ロストリップアンテナにより提供される低角度利得より
も依然として高い。

【００１３】他の実施形態によれば、上述のマイクロス
トリップアンテナの部品に加え、マイクロストリップア
ンテナは、互に積層されたパッチ付加層及び誘電体付加
層を具備するか、又は公知の別のタイプのアンテナ要素
（例えば、モノポール、ダイポール等）を具備すること
ができる。図４は、本発明の第３実施形態に従って付加
的なアンテナ要素を有するマイクロストリップアンテナ
３００の断面図である。図４に示されるように、マイク
ロストリップアンテナ３００は、平坦な接地平面１０、
第１部分２４ａ及び第２部分２４ｂからなる***した接
地平面２４、***した接地平面２４上に配置された誘電
体基板１１、誘電体基板１１上に配置されたパッチ１
２、パッチ１２を貫通して配置されたフィードピン１
４、並びにパッチ１２及び誘電体基板１１を覆うと共に
それらの間に空隙３４が設けられた誘電体レンズ２０を
具備する。

【００１４】マイクロストリップアンテナ３００は、付
加的なモノポールアンテナ要素３０及び誘電体キャップ
３２をさらに具備する。モノポール３０は、***した接
地平面２４、誘電体基板１１、パッチ１２及び誘電体レ
ンズ２０を貫通して配置されると共に、誘電体レンズ２
０から突出する。誘電体キャップ３２はモノポール３０
を取り囲む。モノポール３０及びキャップ３２は、アン
テナの業界では公知の、すなわち携帯電話で使用するた
めの従来の要素である。本発明実施形態では任意に設け
られる空隙３４も当業界では公知であり、典型的にはア
ンテナの製造工程の強化する。

【００１５】本発明実施形態における***した接地平面
２４は、第１部分２４ａ及び第２部分２４ｂに分割され
る。上述したように、例えばアンテナ用のプリアンプ回
路等の回路を空隙２２内に配置することができる。この
ような実施形態において、第２部分２４ｂは、上面に接
地平面を有し、空隙２２内に回路側下面がある印刷回路
基板（ＰＣＢ）を具備してもよい。第１部分２４ａは、
図２に関して説明したように***した接地平面２４と略
同様であり、銅、アルミニウム等の導電性材料で形成さ
れた導電性基板でもよい。

【００１６】***した接地平面２４は、いかなる数の部
分及びいかなる数の材料を有してもよい。基本的に***
した接地平面２４に要求されることは、電気接地平面と
して作用し平坦接地平面１０の上に形成できることであ
る。第１部分２４ａ及び第２部分は、***した接地平面
２４が、平坦接地平面１０と結合して平坦接地平面１０
の上にパッチ１２を***させる限り、いかに異なる形
状、寸法及び配置を有することができるかを単に例示す
るものである。他の例も可能であり、本発明の一部とし
て考えられる。また、図４は、実施形態間で変更し得る
本発明の別の側面を示している。特に図４の実施形態に
おいて、平坦接地平面１０は、***した接地平面の部分
２４ａと略同じ寸法であるが、***した接地平面の部分
２４ｂより小さい。***した接地平面に対する平坦接地
平面の相対的な寸法は、事実上制限がない。さらに、レ
ンズ２０及び誘電体キャップ３２は、一体成形等によっ
て互に一体に形成してもよい。

【００１７】マイクロストリップアンテナ３００がパッ
チ１２及びモノポール３０の両方を有するので、分離し
た２周波数帯で送受信する最適化された二重機能アンテ
ナパッケージである。このため、例えばＧＰＳ（1575Ｍ
Hzで作動する全地球測位システム）及びＰＣＳ（1850〜
1990ＭHzで作動するパーソナル通信システム）等の２通
信システムで使用することができる。

【００１８】本発明発明の以上の全実施形態において、
誘電体レンズ２０は、パッチ１２及び誘電体基板１１全
体を覆うものとして示される。しかし、所望なら、パッ
チ１２及び誘電体基板１１の一方又は両方の一部のみを
覆うすなわち包む誘電体レンズ２０を有することも可能
である。このような場合、低角度利得は、全体を包む実
施形態で達成される低角度利得ほど高くはない。しか
し、その利得は、誘電体レンズのない従来のマイクロス
トリップアンテナで達成される低角度利得よりは依然と
して高い。

【００１９】なお、誘電体レンズ２０がいかなる形状、
寸法及び配置をとることも可能であることは、当業者に
容易に理解されよう。誘電体レンズ２０の屈折率、材
料、形状、寸法及び配置と同様に***した接地平面２４
の高さは、頂点及び低角度での利得を制御するために変
更可能である。この結果、所望の性能特性が、本発明の
マイクロストリップアンテナによって達成可能である。
さらに、パッチ１２、誘電体基板１１及び***した接地
平面２４の異なる形状、寸法及び配置も、本発明の一部
として考えられる。

【００２０】また、本発明のマイクロストリップアンテ
ナにおいて、所望なら、図４に示される空隙３４等の空
隙を誘電体レンズ及びパッチ間に設け、アンテナの製造
工程を容易にすることができる。例えば、空気は、レン
ズ２０を形成し易い材料の全てではないが多くのものよ
りも低い誘電定数を有する。従って、空隙を組み入れる
ことにより、デバイスの生産性を向上することができ
る。当業界では周知であるように、レンズ２０等の固く
て重い誘電体よりは空隙の方が誘電体負荷の制御がより
容易である。

【００２１】本発明により達成される低角度での利得増
加を示す目的で、図５ないし図８を説明する。図５及び
図６は、図１の従来のマイクロストリップアンテナの放
射パターンを示す「ピッチ」及び「ロール」グラフであ
る。図７及び図８は、本発明による図２のマイクロスト
リップアンテナの放射パターンを示す「ピッチ」及び
「ロール」グラフである。ピッチ及びロールのグラフ
は、放射パターンの異なる平面を表し、典型的にはアン
テナの性能特性を評価するのに使用される。

【００２２】図５に示される従来のマイクロストリップ
アンテナ（誘電体レンズ及び***した接地平面がないも
の）のピッチグラフと、図７に示されるマイクロストリ
ップアンテナ１００（誘電体レンズ及び***した接地平
面を有するもの）のピッチグラフとを比較すると、低角
度での放射利得に著しい増加があることが明瞭に見られ
る。例えば、水平から２４°の低角度では、図５に示さ
れる従来のマイクロストリップアンテナにより０dBの利
得が得られる。図７に示される本発明のマイクロストリ
ップアンテナを使用すると、この利得が約６dB増加す
る。３dB（対数目盛）の増加は均等目盛での２倍に等し
いので、この増加は著しい増加である。また、これらの
グラフは、本発明のマイクロストリップアンテナを使用
すると、頂点（水平から９０°）での利得が３dBで維持
されることを示している。

【００２３】同様に、ロールグラフは、本発明のマイク
ロストリップアンテナを使用すると、低角度での利得が
著しく増加することを示している。例えば、水平から２
４°の低角度では、図６に示される従来のマイクロスト
リップアンテナにより３dBの利得が得られる。図８に示
される本発明のマイクロストリップアンテナを使用する
と、この利得が5.5dBに著しく増加（約2.5dBの増加）す
る。これらのグラフは、本発明のマイクロストリップア
ンテナを使用すると、頂点での利得が３dBで維持される
ことを示している。

【００２４】従って、本発明は、***した接地平面と共
にパッチを包む誘電体レンズを使用することにより、頂
点及び低角度の両方で高利得を提供する改良されたマイ
クロストリップアンテナを提供する。本発明のアンテナ
は、いかなる通信システム、装置又は環境でも使用可能
である。さらに、***した接地平面及び平坦接地平面間
に形成された空間は、マイクロストリップアンテナ又は
マイクロストリップアンテナを使用するシステムで必要
とされるような他の電子回路又は要素をコンパクトに組
み入れて使用することができる。

【００２５】以上、本発明を説明したが、多くの点で変
更可能であることは明らかである。このような変更は、
本発明の真髄及び範囲から逸脱したものとは見なされな
い。そして、当業者に明白な全ての変形は特許請求の範
囲に含まれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のマイクロストリップアンテナを示し、
（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿っ
た断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態のマイクロストリップア
ンテナを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は（Ａ）の２Ｂ
−２Ｂ線に沿った断面図である。

【図３】本発明の第２実施形態のマイクロストリップア
ンテナの断面図である。

【図４】本発明の第３実施形態のマイクロストリップア
ンテナの断面図である。

【図５】図１の従来のマイクロストリップアンテナの放
射パターンを示すグラフである。

【図６】図１の従来のマイクロストリップアンテナの放
射パターンを示すグラフである。

【図７】本発明の図２のマイクロストリップアンテナの
放射パターンを示すグラフである。

【図８】本発明の図２のマイクロストリップアンテナの
放射パターンを示すグラフである。

【符号の説明】

１０第１接地平面（平坦な接地平面）１１誘電体基板１２パッチ１４フィードピン２０誘電体レンズ２２空間２４第２接地平面（***した接地平面）３０付加的なアンテナ（モノポール）３２誘電体キャップ３４空隙１００，２００，３００マイクロストリップアンテ
ナ

フロントページの続き (72)発明者トーマスシャーマンローブナーアメリカ合衆国マサチューセッツ州 01860 メリマックウエストショアロード 31 (72)発明者ロバートシリングアメリカ合衆国ニューハンプシャー州 03053 ロンドンデリーナットフィールドドライブ 12 Ｆターム(参考） 5J045 AA03 AA06 AA21 DA10 EA07 HA02 JA11 KA01 NA02 5J046 AA04 AA13 AB06 AB13 QA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１導電性接地平面と、該接地平面上に配置された誘電体基板と、該誘電体基板上に配置されたパッチと、該パッチに電気的に送給する送給手段と、前記パッチの少なくとも一部を包んで低角度での放射利
得を増加させる誘電体レンズとを具備するマイクロスト
リップアンテナ。
【請求項２】前記誘電体基板及び前記第１接地平面との
間に形成され、前記パッチを***させると共に低角度で
の放射利得をさらに増加させる第２接地平面を有するこ
とを特徴とする請求項１記載のマイクロストリップアン
テナ。
【請求項３】前記第１及び第２接地平面は、付加的要素
を設けるために前記第１及び第２接地平面間に空間が形
成されるように配置されることを特徴とする請求項２記
載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項４】前記誘電体レンズは、前記パッチ及び前記
誘電体基板を完全に覆うことを特徴とする請求項２記載
のマイクロストリップアンテナ。
【請求項５】前記パッチ及び前記誘電体レンズ間に空隙
が配置されることを特徴とする請求項２記載のマイクロ
ストリップアンテナ。
【請求項６】前記第２接地平面は、少なくとも一つの傾
斜部、及び上側に前記パッチを配置する平坦部を有し、
前記第１接地平面は全体的に平坦であることを特徴とす
る請求項２記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項７】前記誘電体レンズはドーム形状を有するこ
とを特徴とする請求項２記載のマイクロストリップアン
テナ。
【請求項８】前記第１接地平面は平坦であり、前記誘電体基板は、前記第１接地平面上に直接配置され
ていることを特徴とする請求項１記載のマイクロストリ
ップアンテナ。
【請求項９】前記パッチ、前記誘電体基板、前記接地平
面及び前記誘電体レンズを貫通して配置された付加的な
アンテナ要素をさらに具備することを特徴とする請求項
１記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項１０】前記付加的なアンテナ要素はモノポール
であることを特徴とする請求項９記載のマイクロストリ
ップアンテナ。
【請求項１１】前記モノポールの周囲に配置された誘電
体キャップをさらに具備することを特徴とする請求項１
０記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項１２】前記パッチ、前記誘電体基板、前記第２
接地平面及び前記誘電体レンズを貫通して配置されたモ
ノポールと、該モノポールを取り囲む誘電体キャップとをさらに具備
することにより、二重機能アンテナが提供されることを
特徴とする請求項２記載のマイクロストリップアンテ
ナ。
【請求項１３】前記パッチ及び前記誘電体レンズ間に配
置された空隙をさらに具備することを特徴とする請求項
１２記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項１４】前記送給手段は、前記パッチ、前記誘電
体基板及び前記接地平面を貫通して配置されたフィード
ピンを有することを特徴とする請求項１記載のマイクロ
ストリップアンテナ。
【請求項１５】第１導電性接地平面を設ける工程と、該接地平面上に誘電体基板を設ける工程と、該誘電体基板上にパッチを設ける工程と、該パッチに送給する送給手段を設ける工程と、前記パッチの少なくとも一部を包んで低角度での放射利
得を増加させる誘電体レンズを設ける工程とからなるこ
とを特徴とするマイクロストリップアンテナの形成方
法。
【請求項１６】前記誘電体基板及び前記第１接地平面と
の間に、前記パッチを***させると共に低角度での放射
利得をさらに増加させる第２接地平面を設ける工程をさ
らに有することを特徴とする請求項１５記載のマイクロ
ストリップアンテナの形成方法。
【請求項１７】前記第２接地平面は、少なくとも一つの
傾斜部、及び上側に前記パッチを配置する平坦部を有
し、前記第１接地平面は全体的に平坦であることを特徴とす
る請求項１６記載のマイクロストリップアンテナの形成
方法。
【請求項１８】前記第１接地平面は平坦であり、前記誘電体基板は、前記第１接地平面上に直接配置され
ていることを特徴とする請求項１５記載のマイクロスト
リップアンテナの形成方法。
【請求項１９】前記パッチ、前記誘電体基板、前記接地
平面及び前記誘電体レンズを貫通して配置された付加的
なアンテナ要素を設ける工程をさらに具備することを特
徴とする請求項１６記載のマイクロストリップアンテナ
の形成方法。
【請求項２０】前記付加的なアンテナ要素はモノポール
であることを特徴とする請求項１９記載のマイクロスト
リップアンテナの形成方法。
【請求項２１】前記モノポールの周囲に配置された誘電
体キャップを設ける工程をさらに具備することを特徴と
する請求項１９記載のマイクロストリップアンテナの形
成方法。
【請求項２２】前記パッチ及び前記誘電体レンズ間に空
隙を設ける工程をさらに具備することを特徴とする請求
項１９記載のマイクロストリップアンテナの形成方法。
【請求項２３】前記送給手段を設ける工程において、前
記送給手段は、前記パッチ、前記誘電体基板及び前記接
地平面を貫通して配置されたフィードピンを有すること
を特徴とする請求項１５記載のマイクロストリップアン
テナの形成方法。