(57)【要約】【課題】サイド給電で複数点給電方式を採用しつつ容易にインピーダンスの整合を図ることのできるマイクロストリップアンテナを得る。【解決手段】誘電体で構成された基体１１と、基体１１の一方の主面上に形成された放射電極１２と、基体１１の他方の主面上に形成された接地電極と、先端と放射電極１２との間にギャップＧを形成して設けられ、信号源からの信号を所定の位相差で放射電極１２に給電する複数の給電線１３と、給電線１３から当該給電線１３の長さ方向と交差する方向に延びて設けられ、金属導体をパターニングして形成されたスタブ１６とを有する構成のマイクロストリップアンテナ１０とする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体で構成された基体と、
前記基体の一方の主面上に形成された放射電極と、
前記基体の他方の主面上に形成された接地電極と、
先端と前記放射電極との間にギャップを形成して設けられ、信号源からの信号を所定の位相差で前記放射電極に給電する複数の給電線と、
前記給電線から当該給電線の長さ方向と交差する方向に延びて設けられ、金属導体層をパターニングして形成されたスタブと、を有することを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項２】
誘電体で構成された基体と、
前記基体の一方の主面上に形成された放射電極と、
前記基体の他方の主面上に形成された接地電極と、
前記放射電極と導通して設けられ、信号源からの信号を所定の位相差で前記放射電極に給電する複数の給電線と、
前記給電線から当該給電線の長さ方向と交差する方向に延びて設けられ、金属導体をパターニングして形成されたスタブと、を有することを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
【請求項３】
前記放射電極は矩形形状とされ、
前記給電線による前記放射電極への給電は、前記放射電極の４辺側にそれぞれ位置する給電点から、相互に隣接する２辺側の給電点間の給電位相を９０度ずらして行われることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項４】
前記放射電極は矩形形状とされ、
前記給電線による前記放射電極への給電は、前記放射電極の相互に隣接する２辺側にそれぞれ位置する給電点から給電位相を９０度ずらして行われることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載のマイクロストリップアンテナが用いられていることを特徴とする無線通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無線通信装置である携帯電話機や移動端末の内蔵アンテナ等として用いられるマイクロストリップアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＧＰＳやＥＴＣ等の移動端末では、安定した送受信性能を得るために、円偏波アンテナが内蔵されている。ここで、円偏波アンテナの代表的なものとして、マイクロストリップアンテナがある。
【０００３】
このマイクロストリップアンテナでの給電形態には、基体を貫通して放射電極と直結した給電線で行うピン給電と、基体の側面から放射電極の形成面にわたって形成された給電線で行うサイド給電とがある。そして、サイド給電は、給電線を印刷技術で形成できることから低コストで量産効果が高いため、多くのマイクロストリップアンテナで採用されている。
【０００４】
そして、マイクロストリップアンテナでは、基体上に形成された矩形形状の放射電極の相互に隣接する２辺の電気長を僅かに違えて１点から給電することにより、円偏波が放射される（１点給電方式）。あるいは、放射電極を正方形とし、相互に９０度回転した複数（２点、４点）の給電点から給電位相を９０度ずらして信号を給電することにより、円偏波が放射される（複数点給電方式）。
【０００５】
ここで、１点給電方式では、放射される円偏波の軸比の周波数特性が劣化し、また周波数帯域も狭くなることから、これらの問題を回避するために、複数点給電方式が用いられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、サイド給電で複数点給電方式を採用すると、インピーダンスの整合を図ることが困難になり、接続点でエネルギーの反射ロスが発生してしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、サイド給電で複数点給電方式を採用しつつ容易にインピーダンスの整合を図ることのできるマイクロストリップアンテナおよびそれを用いた無線通信装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係るマイクロストリップアンテナは、誘電体で構成された基体と、基体の一方の主面上に形成された放射電極と、基体の他方の主面上に形成された接地電極と、先端と放射電極との間にギャップを形成して設けられ、信号源からの信号を所定の位相差で放射電極に給電する複数の給電線と、給電線から当該給電線の長さ方向と交差する方向に延びて設けられ、金属導体をパターニングして形成されたスタブと、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するため、本発明に係るマイクロストリップアンテナは、誘電体で構成された基体と、基体の一方の主面上に形成された放射電極と、基体の他方の主面上に形成された接地電極と、放射電極と導通して設けられ、信号源からの信号を所定の位相差で放射電極に給電する複数の給電線と、給電線から当該給電線の長さ方向と交差する方向に延びて設けられ、金属導体をパターニングして形成されたスタブと、を有することを特徴とする。
【００１０】
このような発明によれば、給電線から延びるスタブを調節することによりインピーダンス特性を所望の値に調整することができるので、サイド給電で複数点給電方式のマイクロストリップアンテナにおいて容易にインピーダンスの整合を図ることが可能になる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつさらに具体的に説明する。ここで、添付図面において同一の部材には同一の符号を付しており、また、重複した説明は省略されている。なお、発明の実施の形態は、本発明が実施される特に有用な形態としてのものであり、本発明がその実施の形態に限定されるものではない。
【００１２】
図１は本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナを示す斜視図、図２は図１のマイクロストリップアンテナの平面図、図３は図１のマイクロストリップアンテナの側面図、図４は本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナにおいてスタブの長さに対する入力インピーダンスの変化を示すグラフ、図５は本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナにおける入力インピーダンスの周波数特性を示すグラフ、図６は本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナにおけるＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフ、図７は本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナにおける放射パターンを示すグラフ、図８は本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナにおける軸比パターンを示すグラフ、図９は本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナにおける利得の周波数特性を示すグラフ、図１０は本発明の他の実施の形態であるマイクロストリップアンテナを示す斜視図である。
【００１３】
図１、図２および図３に示すように、本実施の形態のマイクロストリップアンテナ１０は、誘電体で構成された矩形形状の基体１１を有しており、基体１１の一方の主面上には正方形の放射電極１２が形成され、他方の主面上には接地電極（図示せず）が形成されている。但し、本実施の形態では放射電極１２は正方形であるが、長方形あるいは楕円形や円形、さらにはこれら以外の様々な形状であってもよい。なお、本明細書において矩形形状とは、長方形のみならず正方形をも含んで、広く四角形を意味する。
【００１４】
矩形形状をした基体１１の４つの側面から放射電極１２の形成面にわたって、４つの給電線１３が形成されている。給電線１３は、その先端と放射電極１２との間にギャップＧを有しており、放射電極１２と電磁結合している。そして、放射電極１２の４辺側にそれぞれ位置するこのような給電点より、信号源（図示せず）からの信号を、相互に隣接する２辺側の給電点間の給電位相を９０度ずらして放射電極１２に給電する。
【００１５】
なお、本明細書において給電線とは、マイクロストリップ線路や単一線路などの導線路のことである。
【００１６】
図示するように、マイクロストリップアンテナ１０は、金属板によりバッキングされた誘電体からなる実装基板１４に搭載されている。実装基板１４にはマイクロストリップアンテナ１０の給電線１３と接続される給電導体（図示せず）と、接地電極と接続される接地導体１５とが形成されている。
【００１７】
ここで、本実施の形態のマイクロストリップアンテナ１０では、放射される円偏波の軸比特性を良好にするために、給電線１３を４つ形成し、給電点間の給電位相を９０度ずらした４点給電としている。但し、給電線１３は複数形成されていれば足り、４つに限定されるものではない。つまり、給電点は複数あればよく、４点給電ではなくてもよい。また、給電位相の位相差は９０度以外であってもよい。
【００１８】
なお、給電線１３が２つの場合には、基体１１の相互に隣接する２つの側面から放射電極１２の形成面にわたって形成される。そして、放射電極１２の相互に隣接する２辺側にそれぞれ位置する２つの給電点より、信号源からの信号を、給電位相を９０度ずらして放射電極１２に給電する。
【００１９】
基体１１の側面には、給電線１３から、この給電線１３の長さ方向と交差する方向（図示する場合には、直交する一方向）に延びて、金属導体をパターニングして形成され、マイクロストリップアンテナ１０のインピーダンス特性を調整するスタブ１６が形成されている。
【００２０】
すなわち、本発明者は、このようなスタブ１６を設け、その線長、形成位置、線幅などを変えるとマイクロストリップアンテナ１０のインピーダンス特性が変化することを見出した。そこで、インピーダンスの整合が困難なサイド給電で複数点給電方式のマイクロストリップアンテナ１０であっても、スタブ１６を設けてこの線長等を調節することにより、容易に所望のインピーダンス（たとえば５０Ω）にすることが可能になるとの知見を得た。なお、スタブ１６の長さとインピーダンスとの関係については後述する。
【００２１】
ここで、スタブ１６は給電線１３の片側２箇所、あるいは両側に形成されていてもよく、延びる方向は直交する方向ではなくてもよい。また、所望のインピーダンス特性が得られるならば、図示する場合のように隣接する側面にまで延びていなくてもよい。
【００２２】
なお、放射電極１２、接地電極、給電線１３およびスタブ１６は、銅や銀などの金属導体層をパターニングして形成されている。具体的には、たとえば銀等の金属ペーストをパターン印刷して焼き付ける方法、金属パターン層をメッキで形成する方法、薄い金属膜をエッチングによりパターニングする方法などにより形成されている。
【００２３】
以上の構成を有するマイクロストリップアンテナ１０において、４つの給電線１３を介して前述した位相差で信号源からの信号を放射電極１２に給電すると、放射電極１２の直交する２方向で共振状態となる。これら２つの共振電流は位相が９０度異なっていることから、各共振電流から放射される電波は、向きが相互に直交して位相が９０度ずれた直線偏波となる。したがって、これらが重ね合わされて円偏波の電波が放射される。
【００２４】
ここで、基体１１は、たとえば比誘電率がεｒ１＝３７程度の高周波用セラミック誘電体材料で形成されており、共振周波数がたとえばｆ＝２．４ＧＨｚ（λ２．４　＝１２５ｍｍ）とした本実施の形態のマイクロストリップアンテナ１０の場合、その厚さはＢ１　＝４ｍｍ（＝０．０３２λ２．４　）、一辺の長さはＳ１　＝１２ｍｍ（＝０．０９６λ２．４　）となっている。なお、実装基板１４は、たとえば比誘電率がεｒ２＝４．８、厚さがＢ２　＝１ｍｍ（＝０．００８λ２．４　）、一辺の長さはＳ２　＝４０ｍｍ（＝０．３２０λ２．４　）となっている。
【００２５】
また、放射電極１２の一辺の長さはＳＰ　＝９ｍｍ（＝０．０７２λ２．４　）、給電線１３およびスタブ１６の幅はＷ＝１ｍｍ（＝０．００８λ２．４　）、基体１１の下部からスタブ１６までの高さはＨ＝１．５ｍｍ（＝０．０１２λ２．４　）となっている。
【００２６】
ここで、スタブ１６の長さ（Ｌ）に対する入力インピーダンスの変化を図４に示す。
【００２７】
図示するように、スタブ１６の長さ（Ｌ）を変えるとインピーダンスは大きく変化し、Ｌ＝０．０７６λ２．４　（９．５ｍｍ）のときに、リアクタンス成分Ｘｉｎが０Ωとなり、抵抗成分Ｒｉｎが５０Ωとなっている。したがって、５０Ωでインピーダンスの整合を図るときには、スタブ１６の長さをＬ＝０．０７６λ２．４　に設定すればよいことになる。
【００２８】
このようにしてスタブ１６の長さをＬ＝０．０７６λ２．４　に設定した本実施の形態のマイクロストリップアンテナ１０における入力インピーダンスの周波数特性を図５に、ＶＳＷＲ（Ｖｏｌｔａｇｅ／Ｓｔａｎｄｉｎｇ　Ｗａｖｅ　Ｒａｔｉｏ〜電圧／定在波比）の周波数特性を図６に、それぞれ示す。
【００２９】
図５に示すように、本実施の形態のマイクロストリップアンテナ１０では、周波数ｆ＝２．４ＧＨｚのときに入力インピーダンスが５０＋ｊ０Ωになっているのが分かる。また、図６に示すように、周波数ｆ＝２．３９〜２．４０５ＧＨｚにおいて、つまり周波数ｆ＝２．４０ＧＨｚ付近において、入力インピーダンス５０Ω時でのＶＳＷＲが２以下になっているのが、つまり動作利得が良好になっているのが分かる。
【００３０】
また、本実施の形態のマイクロストリップアンテナ１０におけるｘ−ｚ面（図１参照）での放射パターンを図７に、軸比パターンを図８に、それぞれ示す。なお、このときの周波数はｆ＝２．４０ＧＨｚである。また、図７において、実線は右旋円偏波ＥＲ　の放射パターン、破線は左旋円偏波ＥＬ　の放射パターンである。これらの図から、ビーム半値幅が１０４度、軸比３ｄＢ以下のビーム幅が１５０度と算出され、軸比特性の良好な円偏波が放射されているのが分かる。
【００３１】
さらに、本実施の形態のマイクロストリップアンテナ１０における利得の周波数特性を図９に示す。図示するように、ＶＳＷＲが２以下となる周波数ｆ＝２．４０ＧＨｚ付近での右旋円偏波利得は約５ｄＢとなっている。
【００３２】
このように、本願のマイクロストリップアンテナ１０によれば、給電線１３から延びるスタブ１６を調節することによりインピーダンス特性を所望の値に調整することができるので、サイド給電で複数点給電方式のマイクロストリップアンテナ１０において容易にインピーダンスの整合を図ることが可能になる。
【００３３】
なお、以上の説明では、本発明を給電線１３の先端と放射電極１２との間にギャップＧが形成された電磁結合形のマイクロストリップアンテナ１０に適用した場合が示されているが、図１０に示すように、給電線１３と放射電極１２とが導通した直接給電形のマイクロストリップアンテナ１０であってもよい。
【００３４】
また、本実施の形態において示した各数値は本発明を具体的に説明するための一例に過ぎず、本発明がこれらの数値に限定されるものではないことは勿論である。
【００３５】
なお、本発明のマイクロストリップアンテナは、たとえば、携帯電話機、移動端末、無線ＬＡＮカードの内蔵アンテナ等、様々な無線通信装置に用いることができる。
【００３６】
さらに、本発明の他の使い方として、たとえば、放射電極における相互に隣接する２辺側のどちらか一方を給電し、他方を給電しないようにすれば、１つの固定したアンテナで水平偏波と垂直偏波とを切り替える直線偏波アンテナシステムへの応用が可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば以下の効果を奏することができる。
【００３８】
すなわち、給電線から延びるスタブを調節することによりインピーダンス特性を所望の値に調整することができるので、サイド給電で複数点給電方式のマイクロストリップアンテナにおいて容易にインピーダンスの整合を図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナを示す斜視図である。
【図２】図１のマイクロストリップアンテナの平面図である。
【図３】図１のマイクロストリップアンテナの側面図である。
【図４】本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナにおいてスタブの長さに対する入力インピーダンスの変化を示すグラフである。
【図５】本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナにおける入力インピーダンスの周波数特性を示すグラフである。
【図６】本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナにおけるＶＳＷＲの周波数特性を示すグラフである。
【図７】本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナにおける放射パターンを示すグラフである。
【図８】本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナにおける軸比パターンを示すグラフである。
【図９】本発明の一実施の形態であるマイクロストリップアンテナにおける利得の周波数特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の他の実施の形態であるマイクロストリップアンテナを示す斜視図である。
【符号の説明】
１０　マイクロストリップアンテナ
１１　基体
１２　放射電極
１３　給電線
１４　実装基板
１５　接地導体
１６　スタブ
Ｇ　ギャップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004112394.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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