JP2536163B2 - マイクロストリップアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は円偏波用マイクロストリツプアンテナに関
するものである。

〔従来の技術〕

従来，この種の装置として，第８図に示すようなもの
があつた。この図は特開昭61−281704「SHF帯平面アン
テナ」に示されたもので，同図（ａ）は正面図，同図
（ｂ）はＸ−Ｘ′における断面図である。図において，
（１）は誘電体基板，（２）は誘電体基板（１）の一方
の面に形成された放射導体板，（３）は誘電体基板
（１）の他方の面に形成された地導体板，（４）は給電
用ストリツプ導体，（５）は放射導体板（２）に設けら
れた凹部である。ここで，放射導体板（２）の凹部
（５）は円板の中心Ｏを通るこの円板上の直線Ａ−Ａ′
と円周が交差する部分の周上に設けられたものである。
また，給電用ストリツプ導体（４）は，直線Ａ−Ａ′と
45゜の角度をなし,Oを通る上記放射導体板（２）上の直
線上の点Ｆから給電するように上記放射導体板（２）と
接続されている。なお，給電用ストツプ導体（４）は地
導体板（３）とともにマイクロストリツプ線路を構成す
る。

ここで，通常の直線偏波を励振するマイクロストリツ
プアンテナの動作について説明する。

第９図はマイクロストリツプアンテナの動作を説明す
るための図であり，（２）は方向性のない円板からなる
放射導体板，（４）は給電用ストリツプ導体である。マ
イクロストリツプ線路を伝搬してきた電波はマイクロス
トリツプアンテナを励振する。同図（ａ）はマイクロス
トリツプアンテナの放射導体板（４）上を流れる主要な
共振電流の方向を矢印で示しており，この時，マイクロ
ストリツプは同図（ｂ）に示すような入力インピーダン
ス特性を持ち，同図（ｃ）に示すような等価回路で表わ
される。これより，同図（ｂ）に示すように共振周波数
f_oよりも低い周波数では誘導性,f_oよりも高い周波数で
は容量性インピーダンス特性を示す。また，同図（ｃ）
では放射抵抗Ｒに流れる電流は，共振周波数よりも低い
周波数ではインダクタンスＬが並列に接続されるため進
み，共振周波数よりも高い周波数ではキヤパシタンスＣ
が並列に接続されるため遅れる。従つて，このマイクロ
ストリツプアンテナを周波数f_oで励振すれば放射導体板
（２）から直線偏波を放射する。

次に第８図に示した円偏波用マイクロストリツプアン
テナの円偏波発生に係る動作について説明する。

第10図は第８図中の点Ｆから給電した時の放射導体板
（２）上を流れる電流の方向を示す図であり，（２），
（４），（５）は第８図と同一のものを示しており，電
流の方向は矢印で示している。なお，直線Ｂ−Ｂ′は中
心Ｏを通り，直線Ａ−Ａ′と直交する直線である。同図
（ａ）は放射導体板（２）上を流れる主要な電流の方向
を示す。この電流は空間的に直交する二つのモードａと
ｂに分けて考えることができ，同図（ｂ）（ｃ）はそれ
ぞれモードa,モードｂの主要な電流の方向であり，モー
ドａは直線Ａ−Ａ′方向，モードｂは直線Ｂ−Ｂ′方向
である。上記のようにモードａとモードｂに分けて考え
ると，モードａの共振周波数f_aは放射導体板（２）に凹
部（５）が設けられているため，モードｂの共振周波数
f_bよりも高くなる。なお，モードｂの共振周波数は放射
導体板（２）に凹部を設ける前の円板状の場合と同じで
あり，ここではf_b＝f_oとする。

第11図に上記の共振周波数f_a及び共振周波数f_bで共振
する場合の円偏波用マイクロストリツプアンテナの入力
インピーダンス特性を示す。図において，破線は共振周
波数f_aのモードａの特性を示し，実線は共振周波数f_bの
モードｂの特性を示す。これより,f_b＜ｆ＜f_aなる周波
数ｆにおいてモードａの位相は進み，モードｂの位相は
遅れる。ここで，放射導体板（２）に設ける凹部（５）
の面積を適当に設計することにより共振周波数f_aのf
_b（＝f_o）からの変位を調整することができ，モードａ
及びモードｂの放射電界の振幅が等しくなる周波数f_o′
におけるモードａ及びモードｂの放射電界の位相をそれ
ぞれ＋45゜，−45゜とすることができる。すなわち，第
11図においてモードａ及びモードｂの実部が等しく，か
つ，モードａ及びモードｂの虚部がそれぞれ＋π/4,−
π/4となる周波数f_o′が得られる。このように設計され
た凹部（５）を備えたマイクロストリツプアンテナでは
モードａとモードｂの放射電界の振幅が等しくなり，か
つ，モードａとモードｂの放射電界の間に90゜の位相差
が生じるため，第８図に示した円偏波用マイクロストリ
ツプアンテナにおいて，直線Ａ−Ａ′と直線Ｂ−Ｂ′と
45゜の角度をなし，中心Ｏを通り直線上の点Ｆから周波
数f_o′で給電すると円偏波を放射する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような円偏波用マイクロストリツプアンテナで
は，入力インピーダンスの広帯域化をはかり，かつ，放
射効率を向上するため，誘電体基板（１）を厚くした
り，低誘電率の誘電体基板を用いたりすると，モードａ
とモードｂの放射電界の振幅と位相の周波数特性が小さ
くなる。すなわち，上記第11図に示した入力インピーダ
ンス特性において，実部曲線の山はなだらかになり，虚
部曲線の傾斜は寝てくる。従つて，上記のごとく円偏波
を放射する周波数f_o′を設定するためには，放射導体板
（２）に設ける凹部（５）の面積を大きくし，モードａ
の共振周波数f_aのf_b（＝f_o）からの変位を大きくする必
要がある。このため，モードａとモードｂの放射電界の
振幅と位相の周波数特性の対称性が大きくずれ，楕円偏
波率の周波数特性が狭帯域となり，広帯域な円偏波用マ
イクロストリツプアンテナが得られないという問題点が
あつた。

この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので，広帯域な楕円偏波率を有する円偏波用マイ
クロストリツプアンテナを得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るマイクロストリップアンテナは、円板
の中心を通るこの円板上の第１の直線と円周が交差する
部分の周上に所定の面積を有する凹部が設けられ、か
つ、上記第１の直線と直交し、上記円板の中心を通るこ
の円板上の第２の直線と円周が交差する部分の周上に所
定の面積を有する凸部が設けられた形状の放射導体板
と、上記放射導体板と絶縁され、かつ、対向させて略平
行に配置された地導体板と、上記第１の直線と第２の直
線に対してそれぞれ45度、逆方向の45度の角度をなし、
上記円板の中心を通る直線上に給電点を有するものであ
る。

〔作用〕

この発明においては，放射導体板に凹部を設けるとと
もに，凸部を設けることにより，空間的に直交する二つ
のモードa,bそれぞれの共振周波数f_a,f_bの放射導体板に
凹部及び凸部を設ける前の共振周波数f_oからの変位を等
しく，かつ，小さくし，モードａとモードｂの放射電界
の振幅と位相の周波数特性の対称性のずれを小さくす
る。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例の円偏波用マイクロスト
リツプアンテナの構成を示す図であり，同図（ａ）は正
面図，同図（ｂ）は同図（ａ）のＸ−Ｘ′における断面
図である。図において，（１）〜（５）は第４図と同一
であり，（６）は直線Ａ−Ａ′と直交し,Oを通る放射導
体板（２）上の直線Ｂ−Ｂ′と円周が交差する部分の周
上に設けられた凸部である。

次に動作について説明する。

第１図（ａ）中の点Ｆから給電すると，第６図に示し
た従来例の動作の場合と同様に考えるとができ，放射導
体板（２）上を流れる電流の方向は第２図に示すように
なる。第２図（ａ）は放射導体板（２）上を流れる主要
な電流の方向を矢印で示す図であり，同図（ｂ）（ｃ）
は空間的に直交するモードａとモードｂの主要な電流の
方向を矢印で示す図である。ここで，放射導体板（２）
に凹部（５）及び凸部（６）を設ける前の共振周波数を
f_oとすると，モードａの共振周波数f_aは放射導体板
（２）に凹部（５）が設けられているためf_oよりも高く
なり，また，モードｂの共振周波数f_bは放射導体板
（２）に凸部（６）が設けられているためf_oよりも低く
なる。そこで，放射導体板（２）の凹部（５）と凸部
（６）の面積を適当に設計すると，従来の技術の項にお
いて第８図を用いて説明したのと同様に，モードａとモ
ードｂの入力インピーダンス特性において,f_b＜ｆ＜f_a
となる周波数ｆにおけるモードａとモードｂの実部を等
しく，かつ虚部をそれぞれ＋π/4,−π/4とするように
でき，第１図に示した円偏波用マイクロストリツプアン
テナでは上記周波数ｆで給電すると円偏波を放射する。
このような状態における入力インピーダンス特性を第３
図に示す。上記の場合に，さらに，放射導体板（２）の
凹部（５）と凸部（６）の面積をほぼ等しく設定するこ
とにより，共振周波数f_aとf_bのf_oからの変位をほぼ等し
くでき，第４図に示す入力インピーダンス特性のように
対称性の良い入力インピーダンス特性を実現できる。な
お，放射導体板（２）の元の形状が円形であり，良好な
対称性が得られる。従つて，この円偏波円マイクロスト
リツプアンテナでは入力インピーダンスの広帯域化をは
かり，かつ，放射効率を向上する場合にも，放射導体板
（２）の凹部（５）の面積のみならず凸部（６）の面積
をも合わせて調整することにより自由度が増し，共振周
波数f_aとf_bのf_oからの変位を等しく，かつ，小さくで
き，モードａとモードｂの放射電界の振幅と位相の周波
数特性の対称性のずれを小さくできるので，広い周波数
帯域にわたり良好な楕円偏波率を有する効果がある。

なお，上記実施例では給電を放射導体板（２）と同じ
誘電体基板（１）面上に給電用ストリツプ導体（４）を
設けて形成したマイクロストリツプ線路から行なう構成
のものを示したが，給電のための構造はこれに限らず，
トリプレート形ストリツプ線路からの給電，同軸線路か
らのピン接続による給電，または，マイクロストリツプ
線路からのスロツト結合による給電などの構造としても
良く，上記の動作説明と同様にして円偏波を放射する円
偏波用マイクロストリツプアンテナが実現でき，上記と
同様の効果を有する。以下に上記構造の実施例を図につ
いて説明する。なお，それぞれの動作は重複するため省
略する。

第５図はこの発明の第２の実施例の円偏波用マイクロ
ストリツプアンテナの構成を示す図であり，同図（ａ）
は正面図，同図（ｂ）はＸ−Ｘ′における断面図であ
る。図において，（２）及び（４）〜（６）は第１図と
同一のもの，（1a）は第１の薄膜基板，（1b）は第１の
発泡誘電体基板，（1c）は第２の薄膜基板，（1d）は第
２の発泡誘電体基板，（3a）は第１の地導体板，（3b）
は第２の地導体板，（７）は第１の地導体板（3a）に放
射導体板（２）からの放射電波を取り出すよう設けられ
た放射用孔である。ここで，同図（ｂ）に示すように放
射導体板（２）は第２の薄膜基板（1c）の一方の面に設
けられ，これと同一面上に給電用ストリツプ導体（４）
も設けられている。また，第１の薄膜基板（1a）には一
方の面に放射用孔（７）をそなえた第１の地導体板（3
a）が設けられ，第１の薄膜基板（1a）と第２の薄膜基
板（1c）は第１の発泡誘電体基板（1b）を挟んで同図
（ｂ）に示すように積層されている。さらに，第２の発
泡誘電体基板（1d）を介して第２の薄膜基板（1c）と略
平行に第２の地導体板（3b）が設けられている。この実
施例においては，給電用ストリツプ導体（４）は第１及
び第２の地導体板（3a）（3b）と組み合わさり，トリプ
レート形ストリツプ線路を構成する。このためマイクロ
ストリツプアンテナを平面的に構成でき，かつ，給電用
ストリツプ導体（４）からの不要放射を抑制し，損失及
び放射パターンの乱れを小さくできる効果がある。ま
た，給電用ストリツプ導体と第１及び第２の地導体板
（3a）（3b）間を第１及び第２の発泡誘電体基板（1b）
（1d）としているため，低損失なトリプレート形ストリ
ツプ線路を形成できる効果がある。さらに，誘電体とし
て薄膜基板（1a）（1c）と発泡誘電体基板（1b）（1d）
を積層して用いるため，きわめて安価にできる効果があ
る。なお，発泡誘電体基板（1b）（1d）の代わりに空気
層としても良い。

第６図はこの発明の第３の実施例の円偏波用マイクロ
ストリツプアンテナの構成を示す図であり，同図（ａ）
は正面図，同図（ｂ）はＸ−Ｘ′における断面図であ
る。図において，（１）〜（３）及び（５），（６）は
第１図と同一のものであり，（８）は給電用同軸線路，
（９）は給電用同軸線路（８）の内導体，（10）は外導
体である。ここで，給電用導軸線路（８）は地導体板
（３）側から誘電体基板（１）を貫通し，内導体（９）
は放射導体板（２）内部の点Ｆで放射導体板（２）に接
続され，外導体（10）は地導体板（３）に接続されてい
る。なお，点Ｆは放射導体板（２）上の直線Ａ−Ａ′と
直線Ｂ−Ｂ′とそれぞれ45゜をなし，中心Ｏを通る直線
上の点である。この実施例においては，放射導体板
（２）の内部の点Ｆから給電できるので，給電回路とマ
イクロストリツプアンテナのインピーダンス整合が容易
となる。

第７図はこの発明の第４の実施例の円偏波用マイクロ
ストリツプアンテナの構成を示す図であり，同図（ａ）
は正面図，同図（ｂ）はＸ−Ｘ′における断面図であ
る。図において，（１）〜（３）及び（５），（６）は
第１図と同一のものであり，（11）は放射導体板（２）
上の直線Ａ−Ａ′及び直線Ｂ−Ｂ′とそれぞれ45゜をな
す直線Ｃ−Ｃ′を対称軸とする地導体板（３）上に設け
られたスロツト，（12）は地導体板（３）の一方の面に
設けられた第２の誘電体基板，（13）は第２の誘電体基
板（12）上に設けられたストリツプ導体，（14）はスト
リツプ導体（13）と第２の誘電体基板（12）と地導体板
（３）で形成されるマイクロストリツプ線路である。こ
こで，このマイクロストリツプ線路（14）はスロツト
（11）と結合するよう配置されており，マイクロストリ
ツプ線路（14）から給電された電波はスロツト（11）を
介して放射導体板（２）と地導体板（３）から成る放射
素子を励振し，円偏波を放射させる。この実施例におい
ては，ストリツプ導体（13）が地導体板（３）により放
射導体板（２）と遮へいされるため，ストリツプ導体
（13）からの不要放射の影響を抑圧でき，かつ，平面構
成にできる利点がある。なお，上記マイクロストリツプ
線路（14）にかえて，トリプレート形ストリツプ線路を
用いた構造としても良いことは自明である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば、円板の中心を通る
この円板上の第１の直線と円周が交差する部分の周上に
所定の面積を有する凹部が設けられ、かつ、上記第１の
直線と直交し、上記円板の中心を通るこの円板上の第２
の直線と円周が交差する部分の周上に所定の面積を有す
る凸部が設けられた形状の放射導体板と、上記放射導体
板と絶縁され、かつ、対向させて略平行に配置された地
導体板と、上記第１の直線と第２の直線に対してそれぞ
れ45度、逆方向の45度の角度をなし、上記円板の中心を
通る直線上に給電点を有することにより、上記第１の直
線に沿う方向と上記第２の直線に沿う方向に対応する空
間的に直交する二つのモードa,bの入力インピーダンス
特性を対称的なものにでき，また，モードa,bの共振周
波数f_a,f_bの，円偏波を得るために必要な，放射導体板
に凹部及び凸部を設ける前の共振周波数f_oからの変位を
等しく，かつ，小さくでき，広帯域で良好な楕円偏波率
を有する円偏波用マイクロストリツプアンテナを得られ
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す円偏波用マイクロス
トリツプアンテナの構成図，第２図は円偏波用マイクロ
ストリツプアンテナの放射導体板上を流れる主要な共振
電流の方向を示す説明図，第３図および第４図は円偏波
用マイクロストリツプアンテナの入力インピーダンスの
周波数特性を示す特性図，第５図はこの発明の第２の実
施例を示す円偏波用マイクロストリツプアンテナの構成
図，第６図はこの発明の第３の実施例を示す円偏波用マ
イクロストリツプアンテナの構成図，第７図はこの発明
の第４の実施例を示す円偏波用マイクロストリツプアン
テナの構成図，第８図は従来の円偏波用マイクロストリ
ツプアンテナを示す構成図，第９図はマイクロストリツ
プアンテナの動作を説明するための説明図，第10図は円
偏波用マイクロストリツプアンテナの放射導体板上を流
れる主要な共振電流の方向を示す説明図，第11図は円偏
波用マイクロストリツプアンテナの入力インピーダンス
の周波数特性を示す特性図である。 図において，（１）は誘電体基板，（1a）は第１の薄膜
基板，（1b）は第１の発泡誘電体基板，（1c）は第２の
薄膜基板，（1d）は第２の発泡誘電体基板，（２）は放
射導体板，（３）は地導体板，（3a）は第１の地導体
板，（3b）は第２の地導体板，（４）は給電用ストリツ
プ導体，（５）は放射導体板（２）に設けられた凹部，
（６）は放射導体板（２）に設けられた凸部，（７）は
放射用孔，（８）は給電用同軸線路，（９）は内導体，
（10）は外導体，（11）はスロツト，（12）は第２の誘
電体基板，（13）はストリツプ導体，（14）はマイクロ
ストリツプ線路である。 なお，各図中，同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】円板の中心を通るこの円板上の第１の直線
   と円周が交差する部分の周上に所定の面積を有する凹部
   が設けられ、かつ、上記第１の直線と直交し、上記円板
   の中心を通るこの円板上の第２の直線と円周が交差する
   部分の周上に所定の面積を有する凸部が設けられた形状
   の放射導体板と、上記放射導体板と絶縁され、かつ、対
   向させて略平行に配置された地導体板と、上記第１の直
   線と第２の直線に対してそれぞれ45度、逆方向の45度の
   角度をなし、上記円板の中心を通る直線上に給電点を有
   する給電回路を備えたマイクロストリップアンテナ。