(57)【要約】【課題】マイクロストリップアンテナ素子を使用して更に小型化を図ることができると共に利得を向上し得る平面アンテナを提供する。【解決手段】誘電体基板１１の裏面に、グランド面１２を設ける。このグランド面１２は、長さＷｘを約λ／４に設定し、共振素子として作用させる。また、誘電体基板１１の表面には、前端部側にアンテナ素子１３を設ける。このアンテナ素子１３は、その前端側に開口する２つのスリット１４ａ、１４ｂを間隔Ｓを保って平行に設ける。アンテナ素子１３には、スリット１４ａ、１４ｂとの間において、前端からρ離れた位置に給電ピン１５を設けると共に前端に近接してショートピン１６を設け、アンテナ素子１３とグランド面１２との間を短絡接続する。また、誘電体基板１１の前端面には、アンテナ素子１３のスリット１４ａ、１４ｂ間の前端とグランド面１２とを短絡する短絡面１７を形成する。【選択図】    図１
2005311685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
略長方形に形成された誘電体基板と、この誘電体基板の裏面に設けられる長さが約１／４波長のグランド面と、前記誘電体基板の表面の前端側に設けられる２つのスリットを備えたアンテナ素子と、前記アンテナ素子の２つのスリット間に設けられる給電ピンと、前記誘電体基板の前端面に設けられ、前記アンテナ素子のスリット間の前端と前記グランド面とを短絡する短絡面とを具備したことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
前記請求項１に記載の平面アンテナにおいて、誘電体基板の表面の後端側にサブグランド面を設け、誘電体基板の裏面に設けられているグランド面を折り返した状態に形成したことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項３】
略長方形に形成された長さが約１／４波長のグランド面と、前記グランド面の前端側に所定の間隔を保って設けられる２つのスリットを備えたアンテナ素子と、前記アンテナ素子の２つのスリット間に設けられる給電ピン、前記アンテナ素子のスリット間の前端と前記グランド面とを短絡する短絡面とを具備し、
前記グランド面、アンテナ素子及び短絡面を金属板により一体化して形成したことを特徴とする平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロストリップアンテナ素子を用いた平面アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、マイクロストリップアンテナ素子を用いた平面アンテナにおいて、短絡面制御型マイクロストリップアンテナ素子に縦スリットを装荷して小型化を図ったものが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００３】
上記縦スリットを装荷した短絡面制御型マイクロストリップアンテナは、図８に示すように構成されている。図８（ａ）は、マイクロストリップアンテナの斜視図、同図（ｂ）は上面図である。同図において、１は厚さが約１．２ｍｍの誘電体基板で、この誘電体基板１の裏面にはグランド面２が全面に設けられる。この誘電体基板１の表面には、マイクロストリップによるアンテナ素子３が設けられる。このアンテナ素子３は、縦幅ａ、横幅ｂの四角形に形成されており、その前端側に開口する２つのスリット４ａ、４ｂが間隔Ｓを保って平行に設けられる。上記スリット４ａ、４ｂは、幅がＳｗ、長さがＳＬに設定される。
【０００４】
また、アンテナ素子３には、スリット４ａ、４ｂ間の前端とグランド面２との間を短絡する短絡面５が形成される。この短絡面５の幅は、スリット４ａ、４ｂの間隔Ｓに等しい。更に、アンテナ素子３には、スリット４ａ、４ｂ間で、かつ前端側に近接して給電点６が設けられる。
【０００５】
上記マイクロストリップアンテナは、２ＧＨｚ程度の周波数で使用されるもので、各部の寸法、すなわち、誘電体基板１の横幅Ｗｙ、アンテナ素子３が形成されている側の基板縦幅Ｗｘ、アンテナ素子３より前端側の基板縦幅Ｗｏ、また、アンテナ素子３の縦幅ａ、素子横幅ｂ、短絡面５の幅Ｓとアンテナ素子３の横幅ｂとの比率ｓ／ｂ、スリット幅Ｓｗが次のように設定される。
【０００６】
Ｗｙ：６０［ｍｍ］
Ｗｘ：３０［ｍｍ］
Ｗｏ：０〜５．０［ｍｍ］
ａ：８．７０［ｍｍ］
ｂ：１７．３９［ｍｍ］
ｓ／ｂ：２５［％］
Ｓｗ：１．０［ｍｍ］
また、誘電体基板１としては、例えば厚さが１．２ｍｍで、比誘電率εｒ＝２．６程度の誘電体が用いられる。
【０００７】
縦スリット装荷短絡面制御型マイクロストリップアンテナは、スリット４ａ、４ｂの長さＳＬを長くしていくと、共振周波数が低下し、等価的に小型化することができる。
【非特許文献１】１９９８年電子情報通信学会総合大会、Ｂ−１−８１、「マイクロストリップアンテナの小形化に関する一検討」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のマイクロストリップアンテナでは、上記のようにスリット４ａ、４ｂを設けることにより小型化を図っている。
【０００９】
しかし、従来のマイクロストリップアンテナでは、アンテナ素子３の大きさに比較してグランド面２及び誘電体基板１の形状がかなり大きく、小型化が十分に達成されているとは言い難い。また、上記従来のマイクロストリップアンテナでは、その利得が「−５ｄＢｉ」程度であり、利得が低いという問題がある。
【００１０】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、マイクロストリップアンテナ素子を使用して更に小型化を図ることができると共に利得を向上し得る平面アンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明に係る平面アンテナは、略長方形に形成された誘電体基板と、この誘電体基板の裏面に設けられる長さが約１／４波長のグランド面と、前記誘電体基板の表面の前端側に設けられる２つのスリットを備えたアンテナ素子と、前記アンテナ素子の２つのスリット間に設けられる給電ピンと、前記誘電体基板の前端面に設けられ、前記アンテナ素子のスリット間の前端と前記グランド面とを短絡する短絡面とを具備したことを特徴とする。  
第２の発明は、前記第１の発明に係る平面アンテナにおいて、誘電体基板の表面の後端側にサブグランド面を設け、誘電体基板の裏面に設けられているグランド面を折り返した状態に形成したことを特徴とする。
【００１２】
第３の発明に係る平面アンテナは、略長方形に形成された長さが約１／４波長のグランド面と、前記グランド面の前端側に所定の間隔を保って設けられる２つのスリットを備えたアンテナ素子と、前記アンテナ素子の２つのスリット間に設けられる給電ピン、前記アンテナ素子のスリット間の前端と前記グランド面とを短絡する短絡面とを具備し、前記グランド面、アンテナ素子及び短絡面を金属板により一体化して形成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、誘電体基板の裏面に設けられるグランド面の長さを約１／４波長に設定し、グランド面を共振素子として利用することにより、マイクロストリップアンテナ素子を使用して更に小型化を図ることができ、かつ利得を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。  
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係る平面アンテナ（縦スリット短絡面制御型マイクロストリップアンテナ）１０の構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は表面図、（ｃ）は裏面図である。同図において、１１は略長方形に形成される誘電体基板で、厚さが約１．２ｍｍ、ｘ方向の長さがＷｘ、ｙ方向の幅がＷｙに設定される。上記誘電体基板１１の裏面には、例えば銅箔によるグランド面（接地面）１２が設けられる。このグランド面１２は、長さが誘電体基板１１と同じＷｘ、幅Ｇｙが誘電体基板１１の幅Ｗｙより左右ともＣｙだけ狭く設定される。上記Ｃｙの値は、約２〜３ｍｍ程度に設定される。上記グランド面１２は、長さＷｘが約λ／４（λは使用周波数における波長）に設定され、共振素子として作用するようにしている。
【００１５】
そして、上記誘電体基板１１の表面には、前端部側に例えば銅箔によるアンテナ素子１３が設けられる。このアンテナ素子１３は、縦幅Ｐｘ、横幅Ｐｙの四角形に形成され、その前端側に開口する２つのスリット１４ａ、１４ｂが所定の間隔を保って平行に設けられる。また、アンテナ素子１３の上端と誘電体基板１の端部までの長さをｄｘとする。
【００１６】
上記アンテナ素子１３には、スリット１４ａ、１４ｂとの間において、前端から所定距離ρ離れた位置に給電ピン１５が設けられると共に、前端に近接してショートピン１６が設けられる。このショートピン１６によりアンテナ素子１３とグランド面１２との間が短絡接続される。
【００１７】
また、誘電体基板１１の前端面には、アンテナ素子１３のスリット１４ａ、１４ｂ間の前端とグランド面１２とを短絡する短絡面１７が形成される。この短絡面１７の幅は、スリット１４ａ、１４ｂの間隔Ｓに等しい。
【００１８】
上記のように構成された平面アンテナ１０の各部の寸法を図２に示すように設定し、諸特性を測定した結果、図３に示す値が得られた。なお、誘電体基板１１としては、厚さ１．２ｍｍ、比誘電率εｒ＝２．６のものを使用し、グランド面１２及びアンテナ素子１３、短絡面１７としては、厚さが１．８μｍの銅箔を使用した。
【００１９】
上記第１実施形態では、グランド面１２の長さＷｘを約１／４λに設定し、グランド面１２を共振素子として利用しているので、アンテナ形状を従来の１／２程度に小さくでき、かつ非常に高いアンテナ利得を得ることができる。すなわち、第１実施形態に係るアンテナ利得は、図３に示したように「１．６ｄＢｉ」であり、従来のアンテナ利得「−５ｄＢｉ」に比較すると約６．６Ｂ向上することができた。
【００２０】
上記第１実施形態に係る平面アンテナ１０では、リターンロスの最良周波数が２４４５ＭＨｚであり、その１波長λは１２２．６ｍｍであった。
【００２１】
（第２実施形態）
次に、本発明に係る平面アンテナの第２実施形態について説明する。  
図４は本発明の第２実施形態に係る平面アンテナ１０の構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は表面図、（ｃ）は裏面図である。この第２実施形態に係る平面アンテナ１０は、上記第１実施形態において、更に、誘電体基板１１の表面に、後端側すなわちアンテナ素子１３と反対側にサブグランド面１２ａを設け、このサブグランド面１２ａの端部と裏面側のグランド面１２との間を複数本例えば３本のショートピン１６により短絡接続するようにしたものである。すなわち、誘電体基板１１の裏面に設けたグランド面１２を誘電体基板１１の後端部で上面側に折り返すように構成したものである。
【００２２】
上記誘電体基板１１の表面に設けられるサブグランド面１２ａは、ｘ方向の長さＲｅｄｘが９〜１０ｍｍ程度に設定され、ｙ方向の幅Ｇｙは裏面側のグランド面１２の幅Ｇｙと同じに設定される。  
その他の構成は、第１実施形態と同様であるので、同一部分に同一符号を付して詳細な説明は省略する。
【００２３】
上記第２実施形態における平面アンテナ１０では、第１実施形態の場合に比較してグランド面の面積が誘電体基板１１の表面に折り返して設けたサブグランド面１２ａの分だけ広くなり、かつ、折り返したサブグランド面１２ａもグランド面１２と共に共振素子として作用するので、更に小型化することができる。
【００２４】
上記平面アンテナ１０の各部の寸法を図５に示すように設定し、諸特性を測定した結果、図６に示す値が得られた。なお、測定時の条件は、第１実施形態の場合と同じである。
【００２５】
図７（ａ）は上記の条件により測定したＨ面指向性であり、同図（ｂ）はＥ面指向性である。なお、図７（ａ）、（ｂ）は、横軸に空間角度（度）を取り、縦軸にアンテナ利得（ｄＢｉ）を取って示した。また、図７は、平面アンテナ１０の短絡面１７として幅３ｍｍのショート銅箔を使用し、２．５ＧＨｚの周波数で測定した。
【００２６】
第２実施形態に係るアンテナ利得は、図６に示したように「２．０ｄＢｉ」であり、従来のアンテナ利得「−５ｄＢｉ」に比較すると約７ｄＢ向上することができた。
【００２７】
また、上記第２実施形態に係る平面アンテナ１０では、リターンロスの最良周波数が２４９５ＭＨｚであり、その１波長λは１２０．２ｍｍであった。また、グランド面１２の長さＷｘは上記２４９５ＭＨｚの周波数において０．２４５λでほぼλ／４となっており、第１実施形態より波長換算で短縮されている。
【００２８】
上記のように第２実施形態では、平面アンテナ１０のグランド面１２の長さＷｘを約１／４λに設定して共振素子として作用させると共に、更に誘電体基板１１の表面側に折り返して設けたサブグランド面１２ａも共振素子として作用させているので、アンテナ形状を従来の１／２程度に小さくできた。
【００２９】
上記実施形態に係る平面アンテナ１０は、例えば２．４ＧＨｚ帯の無線ＬＡＮ、あるいは無線ＩＤタグ等におけるアンテナとして使用することができる。
【００３０】
なお、上記実施形態では、アンテナ素子１３を四角形状に形成した場合について示したが、その他、例えば台形あるいは半円形等に形成した場合でも同様にして実施することができる。
【００３１】
また、上記第１、第２実施形態では、誘電体基板１１を用いた場合について示したが、誘電体基板１１を使用せずに、金属板を折り曲げて所定の形状を保持できるようにしても良い。すなわち、グランド面１２（サブグランド面１２ａ）、アンテナ素子１３及び短絡面１７を金属板により一体化して形成し、各素子関係を第１実施形態あるいは第２実施形態の状態に保持する。このように各素子を一体化して形成することは、特に数百ＭＨｚ帯等において、基板が厚いものでは不利なときに有効である。
【００３２】
また、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る平面アンテナの構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は表面図、（ｃ）は裏面図である。
【図２】同実施形態における各部の寸法の設定例を示す図である。
【図３】同実施形態における平面アンテナの実際の測定結果を示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る平面アンテナの構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は表面図、（ｃ）は裏面図である。
【図５】同実施形態における各部の寸法の設定例を示す図である。
【図６】同実施形態における平面アンテナの実際の測定結果を示す図である。
【図７】同実施形態における平面アンテナの指向性を測定した結果を示し、（ａ）はＨ面指向性、（ｂ）はＥ面指向性である。
【図８】（ａ）は従来の縦スリットを装荷した短絡面制御型マイクロストリップアンテナの斜視図、（ｂ）は同上面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０…平面アンテナ、１１…誘電体基板、１２…グランド面、１２ａ…サブグランド面、１３…アンテナ素子、１４ａ．１４ｂ…スリット、１５…給電ピン、１６…ショートピン、１７…短絡面。
【図１】
2005311685.tif 000003
【図２】
2005311685.tif 000004
【図３】
2005311685.tif 000005
【図４】
2005311685.tif 000006
【図５】
2005311685.tif 000007
【図６】
2005311685.tif 000008
【図７】
2005311685.tif 000009
【図８】
2005311685.tif 000010