JP2004112057A

JP2004112057A - Microstrip antenna

Info

Publication number: JP2004112057A
Application number: JP2002268426A
Authority: JP
Inventors: Masato Tanaka; 田中　正人
Original assignee: Communications Research Laboratory
Current assignee: Communications Research Laboratory
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: JP3660995B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a microstrip antenna in which feeding cables and feeding units connected with the microstrip antenna and members for supporting the microstrip antenna do not block a radio wave from a reflector. <P>SOLUTION: In the microstrip antenna comprising radiation conductors and ground conductors having an area wider than that of the radiation conductor formed through a dielectric substrate, a power supply connector connectable with a feeding cable is provided on the radiation conductor, the inner conductor or the core wire of the power supply connector is inserted with the radiation conductor without touching the core wire and penetrates the dielectric substrate, and at least one feeding point where the end part of the core wire is bonded to the ground conductor is provided. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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の構成に関わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来のピン給電型のマイクロストリップアンテナは、接地導体上に、給電ケーブルである同軸ケーブルと接続可能な給電コネクタである同軸コネクタを設け、同軸コネクタの内導体である芯線が、接地導体を非接触挿通し、かつ誘電体基板を貫挿し、該芯線の端部が放射導体に固着された構造を有している。
【０００３】
このような構造とする理由はマイクロストリップアンテナの電波放射特性にある。つまり、マイクロストリップアンテナは、給電装置から同軸ケーブル及び同軸コネクタを介して給電を受けることによって、放射導体の縁部付近に励起される漏れ電界から電波を放射導体側空間に放射するので、放射導体に同軸コネクタを配設すると、同軸コネクタに接続した同軸ケーブルなどの機器類によって放射電波がブロッキングされ、アンテナ利得の低下とサイドローブの上昇が引き起こされてしまうことによる。そこで、放射導体とは誘電体基板を介して反対側の接地導体に同軸コネクタを配設するようにしている。また、一般的に、マイクロストリップアンテナは、多数配列して高い利得を得るようにしたアレーアンテナのアンテナ素子として用いられることが多いので、アンテナ素子である各マイクロストリップアンテナに給電する同軸ケーブルを接続する同軸コネクタは、なおさら、放射導体側空間に放射される電波に影響を及ぼさないように、マイクロストリップアンテナの接地導体に配設されることが要求されるのである。
【０００４】
しかし、従来のような構造のマイクロストリップアンテナでは、例えば、マイクロストリップアンテナをパラボラアンテナの１次放射器（給電装置から給電を受けるアンテナ、つまり、給電アンテナである。）として用いる場合に、マイクロストリップアンテナをパラボラ反射鏡の焦点位置に支持するための支持部材とマイクロストリップアンテナに給電するための同軸ケーブルなどが、パラボラ反射鏡によって放射された電波をブロッキングしてしまうという問題が生じる。
【０００５】
マイクロストリップアンテナをパラボラアンテナの１次放射器として用いるという要請は、近年の衛星通信網の発達などに伴う、できるだけ軽量で高いアンテナ利得を有する可搬局用アンテナの必要性に基づくものである。
【０００６】
マイクロストリップアンテナの特徴としては、▲１▼アンテナの厚さが薄い、▲２▼軽量である、▲３▼構成が簡単である、▲４▼円偏波を得やすい、▲５▼利得が比較的高いなどが挙げられる。
このような特徴から、マイクロストリップアンテナは、自動車などに搭載する移動体局用アンテナ、衛星放送受信用アンテナおよび衛星搭載用アンテナなどに幅広く使われている。
【０００７】
ところで、マイクロストリップアンテナを衛星放送受信用アンテナなどに用いる場合に、アンテナ利得を上げるために、マイクロストリップアンテナを多数配列してアレーアンテナとすることがある。これによって、利得を上げることができるが、アンテナ全体の重量・容積がともに増大する。この点において、可搬局用アンテナとして要求される軽量性・コンパクト性・収納性・携帯性などに反することになる。
【０００８】
そこで、アレーアンテナではなく、可搬局用アンテナとして要求される軽量性・コンパクト性・収納性・携帯性をできるだけ削ぐことがなく、高いアンテナ利得が得られ、比較的簡易なアンテナ構造である、パラボラアンテナとすることが好まれる。
【０００９】
本出願人は、既に、薄型ケースに収納可能な折り畳み式曲面体を特許出願している（特願２００１−１９４０４７号）。そして、特願２００１−１９４０４７号に記載の発明によれば、該折り畳み式曲面体は、曲面形状を放物面とし、面状体を導電性のメッシュ素材にすることで、パラボラ反射鏡としての役割を果たすことになる。また、該薄型ケースには、該放物面の焦点に配置される１次放射器が該１次放射器を支える支持部材とともに収納可能となっている。
【００１０】
ところで、マイクロストリップアンテナは、上述した特徴の通り軽量で厚さが薄いので、上記薄型ケースに収納可能である。
従って、上記薄型ケースに収納可能な折り畳み式曲面体であるパラボラアンテナの１次放射器に、上述の通り軽量で厚さが薄いことを特徴とするマイクロストリップアンテナを用いることによって、軽量性・コンパクト性・収納性・携帯性に優れ、なおかつ、簡易な構造で高いアンテナ利得を得られる可搬局用アンテナとすることができる。
【００１１】
ここで、パラボラアンテナの仕組みについて簡略的に説明すると、放物曲面であるパラボラ反射鏡の焦点に配された１次放射器から放射された球面波の電波が、該電波を受けたパラボラ反射鏡表面に電界を誘起し、該電界によって発生する電波がパラボラ反射鏡から平面波となって１次放射器方向に放射されるのである。つまり、１次放射器として用いられたマイクロストリップアンテナの放射導体は、アンテナ反射鏡に向かうように配される必要があるのである。従って、従来のマイクロストリップアンテナであって、マイクロストリップアンテナの接地導体に配設された同軸コネクタに接続してマイクロストリップアンテナに給電する同軸ケーブル及び給電装置などの機器類を、パラボラ反射鏡から放射される平面波をブロッキングすることなく配するには、平面波を遮る１次放射器であるマイクロストリップアンテナの接地導体側空間しかない。しかし、該空間に同軸ケーブル及び給電装置などの機器類を設置するのは容易なことではない。というのも、該機器類を該空間に何の支持部材を用いることなく設置するのは不可能なので、該機器類を支持部材を介してマイクロストリップアンテナの接地導体部に設置することになるが、一般的に、給電装置などの機器類は相当の容積と重量を有するので、マイクロストリップアンテナの設置導体部への設置は容易なことではないのである。仮に、給電装置等をマイクロストリップアンテナの接地導体部に設置したとしても、給電装置の出力調整などが容易になしえなくなるという問題が生じてしまう。
【００１２】
これらの問題は、マイクロストリップアンテナが小型可搬局用パラボラアンテナの１次放射器として用いられる場合に顕著となる。
【００１３】
これらの問題を解決する方法として、カセグレンアンテナ、オフセットアンテナ、オフセットカセグレンアンテナにするなどの方法があるが、構造部材が増える、構造が簡易でないなどの問題から可搬局用アンテナに適しない。
【００１４】
【本発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は、上記の問題点に鑑み、マイクロストリップアンテナに接続された給電ケーブルや給電装置などの機器類及びマイクロストリップアンテナを支持する支持部材が、反射鏡からの電波をブロッキングすることのないマイクロストリップアンテナを提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題の解決を図るため、次の手段を用いる。
【００１６】
放射導体と該放射導体よりも面積の広い接地導体を誘電体基板を介して形成してなるマイクロストリップアンテナであって、放射導体上に、給電ケーブルと接続可能な給電コネクタが付設され、給電コネクタの外導体が通電可能に、放射導体に付着し、給電コネクタの内導体である芯線が、放射導体を非接触挿通し、かつ誘電体基板を貫挿し、該芯線の端部が接地導体に付着された給電点を少なくとも１つ有することを特徴とするマイクロストリップアンテナとする。
【００１７】
上記のマイクロストリップアンテナが、パラボラアンテナの１次放射器であるマイクロストリップアンテナとしてもよい。
【００１８】
上記のマイクロストリップアンテナが、開閉展開または折り畳み可能なパラボラアンテナの１次放射器であるマイクロストリップアンテナとしてもよい。
【００１９】
上記のマイクロストリップアンテナに付設された給電コネクタに接続する給電ケーブルが、該マイクロストリップアンテナを支持する支持部材内に収納可能なパラボラアンテナあるいは開閉展開または折り畳み可能なパラボラアンテナの１次放射器であるマイクロストリップアンテナとしてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を図面に示した実施例に基づいて説明するが、以下の具体例は本発明を限定するものではない。実施形態は、本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更可能なものである。
図１（イ）に、本発明であるマイクロストリップアンテナの正面断面図、図１（ロ）に、本発明であるマイクロストリップアンテナの上面図、図２に同軸ケーブルの構造を示す説明図、図３に、薄型ケースに収納可能な折り畳み式パラボラアンテナの開蓋時において本発明のマイクロストリップアンテナを設置した場合の概略を示す側面図、図４に、薄型ケースに収納可能な折り畳み式パラボラアンテナの閉蓋時において本発明であるマイクロストリップアンテナが収納されている概略を示す斜視透視図、図５に、検証実験に用いた本発明であるマイクロストリップアンテナのＨ面パターン図を示す。
【００２１】
放射導体である金属板（３）の大きさは、接地導体である金属板（１）よりも小さいものである。
また、接地導体である金属板（１）と誘電体基板（２）は、通常同じ大きさで同じ形状であるが、必ずしも同じ大きさで同じ形状にしなければならないものではない。
接地導体である金属板（１）、誘電体基板（２）と放射導体である金属板（３）の形状は、それぞれ円形とするが、方形ないしその他の形状でもよく円形に限定されるものではない。円形の接地導体である金属板（１）および誘電体基板（２）に、方形の放射導体である金属板（３）を組み合わせてもよいし、方形の接地導体である金属板（１）および誘電体基板（２）に円形の放射導体である金属板（３）を組み合わせたりしてもよいし、方形の接地導体である金属板（１）および誘電体基板（２）に、方形の放射導体である金属板（３）を組み合わせるようにしてもよい。
【００２２】
接地導体である金属板（１）と誘電体基板（２）を一致するように接着し、放射導体である金属板（３）は、誘電体基板（２）からはみ出さないように、通常は誘電体基板（２）の中央部に接着する。
【００２３】
接着方法は、所謂接着剤を用いる方法もあるが、接着剤による比誘電率の変化が生じるので、誘電体基板（２）の両面に接地導体及および放射導体に用いる金属板によるエッチング処理を施し、放射導体側の金属板の一部を剥離する方法が用いられる。結果的には、誘電体基板（２）に接地導体および放射導体である金属板を接着したのと同じことになる。また、エッチング処理を施す方法によれば、剥離後に残った金属板部分が放射導体になり、該放射導体の大きさによって、アンテナ周波数（マイクロストリップアンテナにおける共振周波数）が左右されるので、剥離する金属板部分を調整することでアンテナ周波数を設定できることになる。
誘電体基板と放射導体である金属板および接地導体である金属板との接着方法は、本発明の要部ではないので、必ずしも上記の方法による必要はなく、従来公知の方法を適宜用いてもよい。
【００２４】
金属板は、電気抵抗の小さい金属が好ましいが、通常、比較的安価で電気抵抗が十分に小さい銅が用いられる。また、接地導体である金属板（１）および放射導体である金属板（３）は、異なる金属を用いてもよいが、通常は同じ金属を用いる。
【００２５】
誘電体基板としては、テフロン（登録商標）、ガラスエポキシ、ポリエチレン、セラミック誘電体などがあるが、比誘電率が大きいほど誘電体内部での電波の波長が短縮されるので、マイクロストリップアンテナの小型化に資することになる。
但し、誘電体基板として、比誘電率の十分小さい絶縁体を用いることを排除するものではない。
【００２６】
接地導体である金属板（１）及び放射導体である金属板（３）を接着した誘電体基板（２）に、ドリルや錐など適宜工作機を用いて、細い貫通孔（７）を１つ設ける。
なお、接地導体である金属板（１）、放射導体である金属板（３）および誘電体基板（２）の貫通孔（７）は、それぞれの孔軸が一致するものであって、接地導体である金属板（１）、放射導体である金属板（３）および誘電体基板（２）に対し垂直に設けられる。
【００２７】
貫通孔（７）は、給電コネクタである同軸コネクタ（５）の内導体である芯線（４）を通すためのものであり、貫通孔（７）の位置は、マイクロストリップアンテナにおける給電点（９）となる。
【００２８】
貫通孔（７）の位置は、給電点インピーダンスが約５０Ωになる位置が好ましい。なぜなら、一般的に、マイクロストリップアンテナは５０Ωの同軸ケーブルから給電されることが多いので、同軸ケーブルのインピーダンスと給電点（９）におけるマイクロストリップアンテナのインピーダンスとを整合させるためである。
該位置は、円形放射導体の場合、該円形放射導体の中心から半径の約１／３にあたる位置に設けられるのが一般的で、従来のマイクロストリップアンテナにおける給電点の位置と同じで差し支えない。
勿論、同軸ケーブルのインピーダンスに合わせて、給電点の位置を適宜調節してよい。
【００２９】
放射導体である金属板（３）の貫通孔（７）の周辺の金属部分（６）は剥離する。
これは、芯線（４）が放射導体である金属板（３）に接触してショートしないようにするためである。従って、剥離する放射導体である金属板（３）の貫通孔（７）の周辺は、芯線（４）と放射導体である金属板（３）が接触しないような範囲であれば足りる。
【００３０】
続いて、芯線（４）が突出する給電コネクタである同軸コネクタ（５）を、芯線（４）を貫通孔（７）に通すようにして、給電コネクタの外導体である、同軸コネクタ（５）の台座部（５ａ）で放射導体である金属板（３）に接着させる。貫通孔（７）において誘電体基板（２）および接地導体である金属板（１）の部分と芯線（４）とは接触してもかまわない。また、接着方法は、はんだ付けによる。
【００３１】
芯線（４）の長さは、同軸コネクタ（５）を放射導体である金属板（３）に接着させたときに、芯線（４）の端部（８）が、接地導体である金属板（１）から少し突出する位の長さが好ましいが、長すぎた場合は適宜切断すればよい。そして、少し突出した芯線（４）の端部（８）および貫通孔（７）の接地導体側開口部（８ａ）を被覆するようにはんだ付けする。
芯線（４）と接地導体である金属板（１）とが通電可能な状態で接続するならば、はんだ付け以外の方法、例えば、接地導体と同じ材質の金属でできた蓋状被覆物を、該蓋状被覆物が芯線（４）の端部（８）および接地導体である金属板（１）に接触するように取り付けるなどの固着方法を用いてもよい。
【００３２】
このようにすることによって、同軸コネクタ（５）に給電ケーブルである同軸ケーブル（１０）を接続すると、同軸ケーブル（１０）の内導体（１１）は、芯線（４）の端部（８）において接地導体である金属板（１）にはんだ付けされた芯線（４）を通して、接地導体である金属板（１）に接続されることになり、一方、同軸ケーブル（１０）の外導体（１２）は、同軸コネクタ（５）の台座部（５ａ）を通して、放射導体である金属板（３）に接続することになる。従って、同軸ケーブル（１０）によって給電することで、放射導体である金属板（３）と接地導体である金属板（１）との間に電圧をかけることができるようになる。因みに、同軸ケーブル（１０）の内導体（１１）と外導体（１２）は、絶縁体（１１ａ）で仕切られていてショートしないようになっている。
そして、放射導体である金属板（３）と接地導体である金属板（１）との間に電圧がかけられることで、放射導体の金属板（３）の縁部付近に励起される漏れ電界が生じ、該漏れ電界から、放射導体側空間に向けて球面波の電波が放射されることになる。
【００３３】
ここで、本発明であるマイクロストリップアンテナが、薄型ケースに収納可能な折り畳み式パラボラアンテナ（２０）の１次放射器として用いられた場合の実施形態および効果を、図３、４を参照して簡略的に説述する。
【００３４】
薄型ケースには、少なくとも、折り畳み式パラボラ反射鏡（１５）、該パラボラ反射鏡の導電性メッシュ素材の面状体を張架するワイヤ（１６）、本発明によるマイクロストリップアンテナ（１７）、マイクロストリップアンテナ支持するマイクロストリップアンテナ支持部材（１３）が収納される。マイクロストリップアンテナに給電する給電装置を含む送受信機である機器部（１８）は、薄型ケースに収納可能であれば収納し、収納が困難であれば薄型ケースに外付けで付属するようにしてもよい。
【００３５】
マイクロストリップアンテナ支持部材（１３）は、上記同軸ケーブル（１０）を挿通することの可能な管体である。
マイクロストリップアンテナ支持部材（１３）は、該マイクロストリップアンテナ支持部材（１３）の一端が薄型ケースに付属する機器部（１８）に接続可能となっている。該接続方法は、例えば、支持部材（１３）の一端にネジ溝を設け、機器部（１８）の一部に該ネジ溝と嵌合可能な嵌合部を設けて嵌合させることにしてもよく、接続することによって固定されるものとする。
マイクロストリップアンテナ支持部材（１３）は、必ずしも機器部（１８）に接続可能なものでなくてもよく、例えば、マイクロストリップアンテナ支持部材（１３）を接続可能な部材を設けて、該部材に接続して固定するようにしてもよい。その場合においても、マイクロストリップアンテナ支持部材（１３）に挿通された同軸ケーブル（１０）は、マイクロストリップアンテナ支持部材（１３）から引き出されて機器部（１８）に接続される。
また、マイクロストリップアンテナ支持部材（１３）は、折り畳み式パラボラ反射鏡の焦点にマイクロストリップアンテナ（１７）が配置されるように所定の長さを有するものとする。勿論、マイクロストリップアンテナ支持部材（１３）に可変長機構を設けることで、マイクロストリップアンテナ（１７）の配置位置を調節可能なものとしてもよい。
【００３６】
なお、同軸ケーブルの被覆部（１４）を、剛性の高い素材とし、被覆部（１４）の機器部接続側端部に上記と同様のネジ溝等を設けることによってもよい。
【００３７】
薄型ケースを開蓋すると、折り畳み式パラボラ反射鏡（１５）が展開し、ワイヤ（１６）によってパラボラ面が形成される。
続いて、薄型ケースに収納されているマイクロストリップアンテナ（１７）に同軸ケーブル（１０）を接続し、該同軸ケーブル（１０）をマイクロストリップアンテナ支持部材（１３）に挿通する。そして、同軸ケーブル（１０）および同軸ケーブル（１０）が挿通されたマイクロストリップアンテナ支持部材（１３）を、折り畳み式パラボラ反射鏡（１５）の中心部に開けられた孔（１９）に挿通して、機器部（１８）に接続する。
【００３８】
これによって、折り畳み式パラボラ反射鏡（１５）から放射される平面波の電波が、マイクロストリップアンテナ（１７）に接続した同軸ケーブル（１０）やマイクロストリップアンテナ支持部材（１３）にブロッキングされることがなくなる。
【００３９】
また、マイクロストリップアンテナは軽量かつ小型なので、薄型ケースに収納可能となり、折り畳み式パラボラアンテナを可搬局用アンテナとすることができる。
【００４０】
＜検証実験＞
本発明者は、本発明であるマイクロストリップアンテナについて検証実験を行っている。
【００４１】
検証実験に用いられたマイクロストリップアンテナは、直線偏波マイクロストリップアンテナであり、該マイクロストリップアンテナのアンテナパターンを測定した。
【００４２】
検証実験用マイクロストリップアンテナのアンテナ周波数は、２．５ＧＨｚとした。放射導体である金属板の材質は銅とし、形状は直径４５．９ｍｍの円形とした。接地導体である金属板の材質も銅とし、形状は直径７０ｍｍの円形とした。使用した誘電体基板は、比誘電率が２．１７、厚さ１．５２４ｍｍで、形状が直径７０ｍｍの円形のものを用いた。給電点は、放射導体の中心から７．９５ｍｍの位置に設けた。同軸コネクタは、ＳＭＡ型同軸コネクタを用いた。測定のためのケーブルは、長さ６００ｍｍのセミリジットケーブルを中央部からＵ字形状に折り曲げたものを用いた。
【００４３】
測定の結果、励振した直線偏波の磁界ベクトルを含む面で測定した指向性であるＨ面パターン（図５に示す。縦軸は、マイクロストリップアンテナの絶対利得を、横軸は、マイクロストリップアンテナに対し放射導体側垂直方向を０°として、扇状展開方向へ開いた角度を表す。）から、絶対利得が約６．５ｄＢｉ、電力半値幅（ビーム幅）が約８０°と得られた。
【００４４】
該結果は、本発明であるマイクロストリップアンテナが十分実用性を有するものであることを示している。
【００４５】
【発明の効果】
請求項１に記載のマイクロストリップアンテナとすることで、▲１▼アンテナの厚さが薄い、▲２▼軽量である、▲３▼構成が簡単である、▲４▼円偏波を得やすい、▲５▼利得が比較的高いなどの特徴を有するマイクロストリップアンテナを、アレーアンテナやフェーズドアレーアンテナのアンテナ素子として以外にも反射鏡アンテナの１次放射器として用いることができるようになるので、その活用範囲が広がる。
【００４６】
請求項２に記載のマイクロストリップアンテナとすることで、パラボラ反射鏡から１次放射器方向に放射される平面波の電波を、マイクロストリップアンテナに接続された給電ケーブルやマイクロストリップアンテナを支持する支持部材などによってブロッキングすることがなくなり、アンテナ利得の低下とサイドローブの上昇を防ぐことができる。
【００４７】
請求項３に記載のマイクロストリップアンテナとすることで、パラボラ反射鏡から１次放射器方向に放射される平面波の電波を、マイクロストリップアンテナに接続された給電ケーブルやマイクロストリップアンテナを支持する支持部材などによってブロッキングすることがなくなり、アンテナ利得の低下とサイドローブの上昇を防ぐことができるとともに、マイクロストリップアンテナの▲１▼アンテナの厚さが薄い、▲２▼軽量である、▲３▼構成が簡単である、▲４▼円偏波を得やすい、▲５▼利得が比較的高いなどの特徴を生かして、小型で軽量な可搬局用アンテナとすることができる。
【００４８】
請求項４に記載のマイクロストリップアンテナとすることで、マイクロストリップアンテナに付設された給電コネクタに接続する給電ケーブルを、該マイクロストリップアンテナを支持する支持部材の内部に収納できるので、給電ケーブルの撓みによって、パラボラ反射鏡から放射される平面波である電波をブロッキングするなどの虞が無くなり、かつ、マイクロストリップアンテナをパラボラ反射鏡の焦点に簡易に安定して配置させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（イ）は、本発明であるマイクロストリップアンテナの正面断面図
（ロ）は、本発明であるマイクロストリップアンテナの上面図
【図２】同軸ケーブルの構造を示す説明図
【図３】薄型ケースに収納可能な折り畳み式パラボラアンテナの開蓋時において本発明のマイクロストリップアンテナを設置した場合の概略を示す側面図
【図４】薄型ケースに収納可能な折り畳み式パラボラアンテナの閉蓋時において本発明であるマイクロストリップアンテナが収納されている概略を示す斜視透視図
【図５】検証実験に用いた本発明であるマイクロストリップアンテナのＨ面パターン図
【符号の説明】
１　　接地導体である金属板
２　　誘電体基板
３　　放射導体である金属板
４　　芯線
５　　同軸コネクタ
９　　給電点
１０　　同軸ケーブル
１３　　マイクロストリップアンテナ支持部材
１７　　マイクロストリップアンテナ
２０　　薄型ケースに収納可能な折り畳み式パラボラアンテナ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a configuration of a microstrip antenna.
[0002]
[Prior art]
Conventional pin-fed microstrip antennas have a coaxial connector, which is a power supply connector that can be connected to a coaxial cable, which is a power supply cable, on a ground conductor, and the core conductor, the inner conductor of the coaxial connector, does not contact the ground conductor. It has a structure in which the core wire is inserted through the dielectric substrate and the end of the core wire is fixed to the radiation conductor.
[0003]
The reason for adopting such a structure lies in the radio wave radiation characteristics of the microstrip antenna. In other words, the microstrip antenna radiates radio waves from the leakage electric field excited near the edge of the radiation conductor to the radiation conductor side space by receiving power supply from the power supply device via the coaxial cable and the coaxial connector. When a coaxial connector is provided in the device, radiated radio waves are blocked by devices such as a coaxial cable connected to the coaxial connector, which causes a decrease in antenna gain and an increase in side lobe. Therefore, a coaxial connector is arranged on the ground conductor opposite to the radiation conductor via the dielectric substrate. In general, a large number of microstrip antennas are often used as antenna elements of an array antenna in which a large number of microstrip antennas are arranged to obtain a high gain. Therefore, a coaxial cable that feeds each microstrip antenna as an antenna element is connected. The coaxial connector is required to be disposed on the ground conductor of the microstrip antenna so as not to affect radio waves radiated to the radiation conductor side space.
[0004]
However, in a microstrip antenna having a conventional structure, for example, when the microstrip antenna is used as a primary radiator of a parabolic antenna (an antenna receiving power from a power supply device, that is, a power supply antenna), the microstrip antenna is used. A problem arises in that a support member for supporting the antenna at the focal position of the parabolic reflector and a coaxial cable for feeding power to the microstrip antenna block radio waves radiated by the parabolic reflector.
[0005]
The demand for using a microstrip antenna as a primary radiator of a parabolic antenna is based on the necessity of a portable station antenna that is as light as possible and has a high antenna gain with the recent development of a satellite communication network.
[0006]
The characteristics of the microstrip antenna are as follows: (1) thin antenna, (2) light weight, (3) simple structure, (4) easy to obtain circularly polarized wave, (5) gain comparison High.
Due to such characteristics, the microstrip antenna is widely used as an antenna for a mobile station mounted on an automobile or the like, a satellite broadcast receiving antenna, an antenna mounted on a satellite, and the like.
[0007]
When a microstrip antenna is used as a satellite broadcast receiving antenna or the like, a large number of microstrip antennas may be arranged as an array antenna in order to increase the antenna gain. As a result, the gain can be increased, but the weight and volume of the entire antenna are both increased. In this respect, it is contrary to the lightness, compactness, storability, portability, etc. required as a portable station antenna.
[0008]
Therefore, it is not an array antenna, but it is a relatively simple antenna structure that can obtain high antenna gain without reducing the lightweight, compactness, storage and portability required as a portable station antenna as much as possible, A parabolic antenna is preferred.
[0009]
The present applicant has already filed a patent application for a foldable curved body that can be stored in a thin case (Japanese Patent Application No. 2001-194407). According to the invention described in Japanese Patent Application No. 2001-194407, the foldable curved body has a parabolic curved surface shape, and the planar body is made of a conductive mesh material. Will play a role. Also, the primary case can be accommodated in the thin case together with a support member that supports the primary radiator, which is arranged at the focal point of the paraboloid.
[0010]
By the way, the microstrip antenna is lightweight and thin as described above, and can be stored in the thin case.
Therefore, by using the microstrip antenna, which is characterized in that it is lightweight and thin as described above, as the primary radiator of the parabolic antenna, which is a folding curved body that can be stored in the thin case, it is lightweight and compact. It is possible to provide a portable station antenna which is excellent in operability, storage property and portability, and which can obtain a high antenna gain with a simple structure.
[0011]
Here, the structure of the parabolic antenna will be briefly described. The parabolic reflector, which is a parabolic reflector, receives the radio wave of the spherical wave radiated from the primary radiator disposed at the focal point of the parabolic reflector. An electric field is induced on the surface, and a radio wave generated by the electric field is radiated from the parabolic reflector as a plane wave toward the primary radiator. That is, the radiation conductor of the microstrip antenna used as the primary radiator needs to be disposed so as to face the antenna reflector. Therefore, in a conventional microstrip antenna, devices such as a coaxial cable and a power supply device connected to a coaxial connector provided on a ground conductor of the microstrip antenna to feed the microstrip antenna are radiated from the parabolic reflector. In order to arrange the plane wave without blocking, there is only a space on the ground conductor side of the microstrip antenna, which is the primary radiator that blocks the plane wave. However, it is not easy to install devices such as a coaxial cable and a power supply device in the space. Because it is impossible to install the devices in the space without using any support member, the devices are installed on the ground conductor of the microstrip antenna via the support member. In general, since devices such as a power supply device have a considerable volume and weight, it is not easy to install a microstrip antenna on an installation conductor. Even if the power supply device or the like is installed on the ground conductor of the microstrip antenna, there arises a problem that output adjustment of the power supply device cannot be easily performed.
[0012]
These problems become remarkable when the microstrip antenna is used as a primary radiator of a small portable station parabolic antenna.
[0013]
As a method for solving these problems, there are methods such as a Cassegrain antenna, an offset antenna, and an offset Cassegrain antenna. However, these methods are not suitable for portable station antennas due to problems such as an increase in structural members and a simple structure.
[0014]
[Problems to be solved by the present invention]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above-described problems, and has been described in view of the fact that devices such as a power supply cable and a power supply device connected to a microstrip antenna and a support member that supports the microstrip antenna block radio waves from a reflector. An object of the present invention is to provide a microstrip antenna.
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention uses the following means in order to solve the above problems.
[0016]
What is claimed is: 1. A microstrip antenna comprising: a radiating conductor and a grounding conductor having a larger area than the radiating conductor formed through a dielectric substrate, wherein a power supply connector connectable to a power supply cable is provided on the radiation conductor. The outer conductor of the power supply connector is attached to the radiating conductor so as to be able to conduct electricity, the core wire serving as the inner conductor of the power supply connector passes through the radiating conductor in a non-contact manner and penetrates the dielectric substrate, and the end of the core wire is attached to the ground conductor. A microstrip antenna having at least one feeding point.
[0017]
The above-mentioned microstrip antenna may be a microstrip antenna which is a primary radiator of a parabolic antenna.
[0018]
The above-mentioned microstrip antenna may be a microstrip antenna which is a primary radiator of a parabolic antenna which can be opened and closed or foldable.
[0019]
The power supply cable connected to the power supply connector attached to the microstrip antenna is a parabolic antenna that can be housed in a support member that supports the microstrip antenna or a primary radiator of a parabolic antenna that can be opened and closed or folded. It may be a microstrip antenna.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described based on examples shown in the drawings, but the following specific examples do not limit the present invention. The embodiments can be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention.
FIG. 1 (a) is a front sectional view of the microstrip antenna of the present invention, FIG. 1 (b) is a top view of the microstrip antenna of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory view showing the structure of a coaxial cable. 3 is a side view schematically showing the case where the microstrip antenna of the present invention is installed when the foldable parabolic antenna that can be stored in the thin case is opened, and FIG. 4 shows the foldable parabolic antenna that can be stored in the thin case. FIG. 5 is a perspective perspective view schematically showing a state in which the microstrip antenna of the present invention is housed when the lid is closed, and FIG. 5 shows an H-plane pattern diagram of the microstrip antenna of the present invention used in a verification experiment.
[0021]
The size of the metal plate (3) that is a radiation conductor is smaller than that of the metal plate (1) that is a ground conductor.
The metal plate (1) and the dielectric substrate (2), which are ground conductors, are usually the same size and the same shape, but are not necessarily the same size and the same shape.
The shapes of the metal plate (1) as the ground conductor, the dielectric substrate (2), and the metal plate (3) as the radiation conductor are each circular, but may be square or other shapes and are not limited to circular. Absent. The metal plate (1), which is a circular ground conductor, and the dielectric substrate (2) may be combined with the metal plate (3), which is a square radiation conductor, or the metal plate (1), which is a square ground conductor, The dielectric substrate (2) may be combined with a metal plate (3) that is a circular radiation conductor, or the metal plate (1) that is a rectangular ground conductor and the dielectric substrate (2) may be combined with a square radiation plate. You may make it combine the metal plate (3) which is a conductor.
[0022]
The metal plate (1) serving as a ground conductor and the dielectric substrate (2) are adhered so as to coincide with each other, and the metal plate (3) serving as a radiating conductor is usually fixed so as not to protrude from the dielectric substrate (2). It is bonded to the center of the dielectric substrate (2).
[0023]
As the bonding method, there is a method using a so-called adhesive. However, since the relative dielectric constant changes due to the adhesive, both surfaces of the dielectric substrate (2) are subjected to an etching process using a metal plate used for a ground conductor and a radiation conductor. A method of peeling a part of the metal plate on the radiation conductor side is used. As a result, it is the same as bonding the metal plate as the ground conductor and the radiation conductor to the dielectric substrate (2). Further, according to the method of performing the etching treatment, the metal plate portion remaining after peeling becomes a radiation conductor, and the antenna frequency (resonance frequency in the microstrip antenna) depends on the size of the radiation conductor. The antenna frequency can be set by adjusting the metal plate portion.
The method of bonding the dielectric substrate and the metal plate serving as the radiating conductor and the metal plate serving as the grounding conductor is not an essential part of the present invention, and thus does not necessarily need to be performed by the above method, and may use a conventionally known method as appropriate. Good.
[0024]
As the metal plate, a metal having a small electric resistance is preferable, but copper which is relatively inexpensive and has a sufficiently small electric resistance is usually used. Further, the metal plate (1) serving as the ground conductor and the metal plate (3) serving as the radiation conductor may use different metals, but usually use the same metal.
[0025]
As the dielectric substrate, there are Teflon (registered trademark), glass epoxy, polyethylene, ceramic dielectric, and the like. The larger the relative permittivity, the shorter the wavelength of the radio wave inside the dielectric is. It will contribute to the conversion.
However, this does not exclude the use of an insulator having a sufficiently small relative permittivity as the dielectric substrate.
[0026]
A thin through-hole (7) is formed in a dielectric substrate (2) to which a metal plate (1) serving as a ground conductor and a metal plate (3) serving as a radiation conductor are bonded by using a suitable machine tool such as a drill or a drill. Provide.
The through-holes (7) of the metal plate (1) serving as the ground conductor, the metal plate (3) serving as the radiating conductor, and the dielectric substrate (2) have the same hole axes, and the ground conductor , A metal plate (3) as a radiation conductor, and a dielectric substrate (2).
[0027]
The through hole (7) is for passing a core wire (4) which is an inner conductor of a coaxial connector (5) which is a feed connector, and the position of the through hole (7) is at a feed point (9) in the microstrip antenna. ).
[0028]
The position of the through-hole (7) is preferably a position where the feed point impedance is about 50Ω. This is because, in general, the microstrip antenna is often fed from a 50Ω coaxial cable, so that the impedance of the coaxial cable matches the impedance of the microstrip antenna at the feeding point (9).
In the case of a circular radiating conductor, this position is generally provided at a position corresponding to about 1/3 of the radius from the center of the circular radiating conductor, and may be the same as the position of the feeding point in the conventional microstrip antenna.
Of course, the position of the feeding point may be appropriately adjusted according to the impedance of the coaxial cable.
[0029]
The metal part (6) around the through hole (7) of the metal plate (3), which is a radiation conductor, is peeled off.
This is to prevent the core wire (4) from coming into contact with the metal plate (3), which is a radiation conductor, from causing a short circuit. Therefore, it is sufficient that the area around the through hole (7) of the metal plate (3), which is the radiation conductor to be peeled, is such that the core wire (4) does not contact the metal plate (3) as the radiation conductor.
[0030]
Subsequently, the coaxial connector (5), which is an outer conductor of the power supply connector, is passed through the coaxial connector (5), which is a power supply connector from which the core wire (4) projects, so that the core wire (4) passes through the through hole (7). Is adhered to the metal plate (3) as a radiation conductor at the pedestal (5a). In the through hole (7), the portion of the dielectric substrate (2) and the portion of the metal plate (1) which is a ground conductor may be in contact with the core wire (4). The bonding method is based on soldering.
[0031]
The length of the core wire (4) is such that when the coaxial connector (5) is bonded to the metal plate (3) as a radiation conductor, the end (8) of the core wire (4) is connected to the metal plate ( A length slightly protruding from 1) is preferable, but if it is too long, it may be cut as appropriate. Then, soldering is performed so as to cover the end (8) of the slightly protruding core wire (4) and the opening (8a) on the ground conductor side of the through hole (7).
If the core wire (4) and the metal plate (1) serving as the grounding conductor are connected in a state where current can flow, a method other than soldering, for example, a lid-like covering made of the same material as the grounding conductor may be used. A fixing method such as attaching the cover-shaped covering so as to contact the end portion (8) of the core wire (4) and the metal plate (1) serving as a ground conductor may be used.
[0032]
In this manner, when the coaxial cable (10), which is a power supply cable, is connected to the coaxial connector (5), the inner conductor (11) of the coaxial cable (10) is connected to the end (8) of the core wire (4). The core wire (4) soldered to the metal plate (1) as the ground conductor is connected to the metal plate (1) as the ground conductor, while the outer conductor (12) of the coaxial cable (10) is connected. Is connected to the metal plate (3) as a radiation conductor through the base (5a) of the coaxial connector (5). Therefore, by supplying power through the coaxial cable (10), a voltage can be applied between the metal plate (3) as the radiation conductor and the metal plate (1) as the ground conductor. Incidentally, the inner conductor (11) and the outer conductor (12) of the coaxial cable (10) are separated by an insulator (11a) so as not to be short-circuited.
When a voltage is applied between the metal plate (3) as the radiation conductor and the metal plate (1) as the ground conductor, a leakage electric field is excited near the edge of the metal plate (3) as the radiation conductor. Is generated, and a radio wave of a spherical wave is radiated from the leakage electric field toward the radiation conductor side space.
[0033]
Here, an embodiment and an effect when the microstrip antenna according to the present invention is used as a primary radiator of a foldable parabolic antenna (20) that can be stored in a thin case will be described with reference to FIGS. A brief description will be given.
[0034]
In the thin case, at least a folding type parabolic reflector (15), a wire (16) for stretching a planar body of a conductive mesh material of the parabolic reflector, a microstrip antenna (17) according to the present invention, a microstrip The microstrip antenna support member (13) for supporting the antenna is stored. The device section (18), which is a transceiver including a power supply device for supplying power to the microstrip antenna, is housed if it can be housed in a thin case, and externally attached to the thin case if housing is difficult. Good.
[0035]
The microstrip antenna support member (13) is a tube through which the coaxial cable (10) can be inserted.
The microstrip antenna support member (13) is configured such that one end of the microstrip antenna support member (13) can be connected to a device (18) attached to a thin case. In the connection method, for example, a screw groove may be provided at one end of the support member (13), and a fitting portion capable of fitting with the screw groove may be provided at a part of the device section (18) and fitted. It is often fixed by connecting.
The microstrip antenna support member (13) does not necessarily need to be connectable to the device section (18). For example, a member to which the microstrip antenna support member (13) can be connected is provided and connected to the member. Alternatively, it may be fixed. Also in that case, the coaxial cable (10) inserted through the microstrip antenna support member (13) is pulled out from the microstrip antenna support member (13) and connected to the device section (18).
The microstrip antenna support member (13) has a predetermined length such that the microstrip antenna (17) is arranged at the focal point of the folding parabolic reflector. Of course, the arrangement position of the microstrip antenna (17) may be adjustable by providing a variable length mechanism on the microstrip antenna support member (13).
[0036]
Alternatively, the covering portion (14) of the coaxial cable may be made of a material having high rigidity, and the same thread groove or the like as described above may be provided at the end of the covering portion (14) on the device section connection side.
[0037]
When the thin case is opened, the collapsible parabolic reflector (15) is unfolded and the parabolic surface is formed by the wire (16).
Subsequently, the coaxial cable (10) is connected to the microstrip antenna (17) housed in the thin case, and the coaxial cable (10) is inserted into the microstrip antenna support member (13). Then, the coaxial cable (10) and the microstrip antenna support member (13) into which the coaxial cable (10) is inserted are inserted into a hole (19) formed in the center of the folding parabolic reflector (15). , To the equipment section (18).
[0038]
Thereby, the radio wave of the plane wave radiated from the folding type parabolic reflector (15) is not blocked by the coaxial cable (10) connected to the microstrip antenna (17) or the microstrip antenna support member (13). .
[0039]
Further, since the microstrip antenna is lightweight and small, it can be stored in a thin case, and the foldable parabolic antenna can be used as a portable station antenna.
[0040]
<Verification experiment>
The inventor has conducted a verification experiment on the microstrip antenna of the present invention.
[0041]
The microstrip antenna used in the verification experiment was a linearly polarized microstrip antenna, and the antenna pattern of the microstrip antenna was measured.
[0042]
The antenna frequency of the microstrip antenna for verification experiment was 2.5 GHz. The material of the metal plate as the radiation conductor was copper, and the shape was a circle having a diameter of 45.9 mm. The material of the metal plate as the ground conductor was also made of copper, and the shape was a circle having a diameter of 70 mm. The dielectric substrate used had a relative permittivity of 2.17, a thickness of 1.524 mm, and a circular shape having a diameter of 70 mm. The feeding point was provided at a position 7.95 mm from the center of the radiation conductor. As the coaxial connector, an SMA type coaxial connector was used. As a cable for measurement, a semi-rigid cable having a length of 600 mm bent from a central portion into a U-shape was used.
[0043]
As a result of the measurement, an H-plane pattern which is a directivity measured on a plane including the excited linearly polarized magnetic field vector (shown in FIG. 5. The vertical axis indicates the absolute gain of the microstrip antenna, and the horizontal axis indicates the microstrip antenna. The vertical angle on the radiation conductor side is defined as 0 °, and the angle is open in the fan-shaped development direction.), The absolute gain was about 6.5 dBi, and the half power width (beam width) was about 80 °.
[0044]
The results show that the microstrip antenna of the present invention has sufficient practicality.
[0045]
【The invention's effect】
By using the microstrip antenna according to claim 1, (1) the thickness of the antenna is thin, (2) light, (3) the structure is simple, (4) circular polarization is easily obtained, (5) Microstrip antennas having characteristics such as relatively high gain can be used not only as antenna elements of array antennas and phased array antennas but also as primary radiators of reflector antennas. The range of use expands.
[0046]
By using the microstrip antenna according to claim 2, a support member for supporting a feed cable connected to the microstrip antenna and a microstrip antenna for transmitting a plane wave radio wave radiated from the parabolic reflector in the direction of the primary radiator. Blocking due to, for example, is eliminated, and a decrease in antenna gain and an increase in side lobes can be prevented.
[0047]
According to the microstrip antenna of claim 3, a plane wave radio wave radiated from the parabolic reflector in the direction of the primary radiator is used to support a feed cable connected to the microstrip antenna and a microstrip antenna. Blocking is not caused by such factors, and a decrease in antenna gain and an increase in side lobes can be prevented. In addition, the microstrip antenna has a thin antenna, a light weight, and a light weight configuration. By taking advantage of features such as simplicity, (4) easy to obtain circularly polarized waves, and (5) relatively high gain, a small and lightweight portable station antenna can be obtained.
[0048]
By using the microstrip antenna according to claim 4, the power supply cable connected to the power supply connector attached to the microstrip antenna can be stored inside the support member that supports the microstrip antenna. This eliminates the risk of blocking a radio wave that is a plane wave radiated from the parabolic reflector, and allows the microstrip antenna to be easily and stably arranged at the focal point of the parabolic reflector.
[Brief description of the drawings]
1A is a front sectional view of a microstrip antenna according to the present invention, and FIG. 1B is a top view of the microstrip antenna according to the present invention. FIG. 2 is an explanatory view showing the structure of a coaxial cable. FIG. 4 is a side view schematically showing a case where the microstrip antenna of the present invention is installed when the foldable parabolic antenna that can be stored in the thin case is opened. FIG. 4 When the foldable parabolic antenna that can be stored in the thin case is closed. FIG. 5 is a perspective perspective view schematically showing a microstrip antenna according to the present invention accommodated therein. FIG. 5 is an H-plane pattern diagram of the microstrip antenna according to the present invention used in a verification experiment.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Metal plate which is a ground conductor 2 Dielectric substrate 3 Metal plate which is a radiation conductor 4 Core wire 5 Coaxial connector 9 Feeding point 10 Coaxial cable 13 Microstrip antenna support member 17 Microstrip antenna 20 Foldable parabolic antenna which can be stored in a thin case

Claims

放射導体と該放射導体よりも面積の広い接地導体を誘電体基板を介して形成してなるマイクロストリップアンテナであって、
放射導体上に、給電ケーブルと接続可能な給電コネクタが付設され、
給電コネクタの外導体が通電可能に、放射導体に付着し、
給電コネクタの内導体である芯線が、放射導体を非接触挿通し、かつ誘電体基板を貫挿し、
該芯線の端部が接地導体に付着された給電点を少なくとも１つ有することを特徴とするマイクロストリップアンテナ。A microstrip antenna formed by forming a radiation conductor and a ground conductor having a larger area than the radiation conductor via a dielectric substrate,
A power supply connector connectable to the power supply cable is provided on the radiation conductor,
The outer conductor of the power supply connector adheres to the radiating conductor so that it can conduct electricity,
The core wire, which is the inner conductor of the power supply connector, penetrates the radiation conductor in a non-contact manner and penetrates the dielectric substrate,
A microstrip antenna, wherein an end of the core wire has at least one feeding point attached to a ground conductor.

上記のマイクロストリップアンテナが、パラボラアンテナの１次放射器である請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。The microstrip antenna according to claim 1, wherein the microstrip antenna is a primary radiator of a parabolic antenna.

上記のマイクロストリップアンテナが、開閉展開または折り畳み可能なパラボラアンテナの１次放射器である請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。The microstrip antenna according to claim 1, wherein the microstrip antenna is a primary radiator of a parabolic antenna that can be opened and closed or foldable.

上記のマイクロストリップアンテナに付設された給電コネクタに接続する給電ケーブルが、該マイクロストリップアンテナを支持する支持部材の内部に収納可能なパラボラアンテナあるいは開閉展開または折り畳み可能なパラボラアンテナの１次放射器である請求項２または３に記載のマイクロストリップアンテナ。The power supply cable connected to the power supply connector attached to the microstrip antenna is a parabolic antenna that can be housed inside a support member that supports the microstrip antenna or a primary radiator of a parabolic antenna that can be opened and closed or foldable. The microstrip antenna according to claim 2 or 3.