(57)【要約】【課題】本発明は、小型の指向性制御可能なマイクロストリップアンテナの提供を目的とする。【解決手段】誘電体基板１と、誘電体基板１に設けられたパッチ３と、パッチ３の縁部の外側に設けられ、誘電体基板１に対して垂直方向に間隔を空けて設けられた、ダイポール型の導波器又は反射器を構成する一対の非励振素子１０ａ，１０ｂ（２０ａ，２０ｂ）と、一対の非励振素子１０ａ，１０ｂ（２０ａ，２０ｂ）に接続されるリアクタンス可変回路とを備える、マイクロストリップアンテナであって、リアクタンス可変回路が、一対の非励振素子１０ａ，１０ｂ（２０ａ，２０ｂ）に挟まれる中間部位１３（２３）と誘電体基板１の間に設けられた部材１４（２４）に取り付けられていることを特徴とする、マイクロストリップアンテナ。【選択図】図１
2009246460.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、
前記誘電体基板に設けられたパッチと、
前記パッチの縁部の外側に設けられ、前記誘電体基板に対して垂直方向に間隔を空けて設けられた、ダイポール型の導波器又は反射器を構成する一対の非励振素子と、
前記一対の非励振素子に接続されるリアクタンス可変回路とを備える、マイクロストリップアンテナであって、
前記リアクタンス可変回路が、前記一対の非励振素子に挟まれる中間部位と前記誘電体基板との間に設けられた部材に取り付けられてい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】
前記一対の非励振素子の一方の素子である第１の非励振素子の前記中間部位側の第１の端部を通る仮想面であって前記誘電体基板に垂直な第１の仮想面と、前記一対の非励振素子の他方の素子である第２の非励振素子の前記中間部位側の第２の端部を通る仮想面であって前記誘電体基板に垂直な第２の仮想面と、の間に挟まれる範囲内で、前記リアクタンス可変回路が前記部材に取り付けられた、請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項３】
前記リアクタンス可変回路が、前記第１の非励振素子と前記第２の非励振素子にそれぞれ設定され、
前記第１の非励振素子に第１のリアクタンス可変回路が接続され、前記第２の非励振素子に第２のリアクタンス可変回路が接続される、請求項１又は２に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項４】
前記リアクタンス可変回路が、前記部材の前記誘電体基板に垂直な取付面に取り付けられた、請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項５】
前記取付面の垂線方向は、前記一対の非励振素子の延伸方向又は該延伸方向に垂直な方向と一致する、請求項４に記載のマイクロストリップアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアクタンス可変回路を備えるマイクロストリップアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パッチ型のマイクロストリップアンテナとして、アンテナの放射主軸に対して直角であって、相互に直交するＰ軸・Ｑ軸の軸線上の方向に１個または複数個の線状もしくは帯状の非励振素子をパッチ周縁の外側に近接して設け、パッチの共振モードの方向をＰ軸とし、前記Ｐ軸線上の方向に設けた非励振素子は誘電体基板に垂直な素子であり、前記Ｑ軸線上の方向に設けた非励振素子は、誘電体基板面に平行して誘電体基板面から離して、Ｐ軸方向に延在して配置した水平な素子もしくは前記水平素子の中心を誘電体基板面に接地したＴ型の素子であることを特徴とするマイクロストリップアンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一方、アンテナの指向性を制御可能なアンテナ構造体として、給電素子と少なくとも１本の無給電素子とが所定の間隔をおいて配置され、それらの素子がループ型若しくは逆Ｆ型からなるとともに、無給電素子は、可変リアクタンス素子を含み、電気長が変更できる構成とされていることを特徴とするアンテナ構造体が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特公平６−８２９７７号公報
【特許文献２】特開２００５−２５２４０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、マイクロストリップアンテナにおいて、非励振素子に接続されたリアクタンス可変回路によってリアクタンスを変えることによってアンテナの指向性を制御する場合、リアクタンス可変回路の設置場所によっては、マイクロストリップアンテナが全体として大きくなり、マイクロストリップアンテナを採用することによる小型化のメリットを生かすことができない。
【０００５】
そこで、本発明は、小型の指向性制御可能なマイクロストリップアンテナの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明に係るマイクロストリップアンテナは、
誘電体基板と、
前記誘電体基板に設けられたパッチと、
前記パッチの縁部の外側に設けられ、前記誘電体基板に対して垂直方向に間隔を空けて設けられた、ダイポール型の導波器又は反射器を構成する一対の非励振素子と、
前記一対の非励振素子に接続されるリアクタンス可変回路とを備える、マイクロストリップアンテナであって、
前記リアクタンス可変回路が、前記一対の非励振素子に挟まれる中間部位と前記誘電体基板との間に設けられた部材に取り付けられていることを特徴とする。
【０００７】
ここで、前記一対の非励振素子の一方の素子である第１の非励振素子の前記中間部位側の第１の端部を通る仮想面であって前記誘電体基板に垂直な第１の仮想面と、前記一対の非励振素子の他方の素子である第２の非励振素子の前記中間部位側の第２の端部を通る仮想面であって前記誘電体基板に垂直な第２の仮想面と、の間に挟まれる範囲内で、前記リアクタンス可変回路が前記部材に取り付けられると好適である。
【０００８】
また、前記リアクタンス可変回路が、前記第１の非励振素子と前記第２の非励振素子にそれぞれ設定され、
前記第１の非励振素子に第１のリアクタンス可変回路が接続され、前記第２の非励振素子に第２のリアクタンス可変回路が接続されると好適である。また、前記リアクタンス可変回路が、前記部材の前記誘電体基板に垂直な取付面に取り付けられると好適である。さらに、前記取付面の垂線方向は、前記一対の非励振素子の延伸方向又は該延伸方向に垂直な方向と一致すると好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、指向性制御可能なマイクロストリップアンテナを小型化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明を実施するための最良の形態の説明を行う。図１は、本発明の一実施形態であるマイクロストリップアンテナ１００の構成図である。マイクロストリップアンテナ１００は、その指向性を電気的に制御可能なエスパーアンテナである。マイクロストリップアンテナ１００は、誘電体基板１と、誘電体基板１の表面に設けられた方形のパッチ（導体）３と、パッチ３の４辺のうちの一つである辺３ｄの外側に設けられダイポール型の導波器を構成する一対の非励振素子１０ａ，１０ｂと、パッチ３の辺３ｄに対向する辺３ｃの外側に設けられダイポール型の導波器を構成する一対の非励振素子２０ａ，２０ｂと、一対の非励振素子１０ａ，１０ｂに電気的に結合されるリアクタンス可変回路（垂直部材１４に取り付け）と、一対の非励振素子２０ａ，２０ｂに電気的に結合されるリアクタンス可変回路（垂直部材２４に取り付け）とを備える。なお、図１において、Ｘ方向及びＹ方向は、誘電体基板１の表面（パッチ３の表面）に平行な方向であり、互いに直交する方向である。すなわち、Ｘ方向及びＹ方向は、パッチ３の放射主軸の方向（Ｚ方向）に対して直角である。図１の場合、Ｙ方向はパッチ３の辺３ｄ（３ｃ）に平行な方向であり、Ｘ方向は辺３ｄ（３ｃ）に垂直な方向である。
【００１１】
誘電体基板１の表面にはパッチ３が形成され、誘電体基板１の裏面には銅箔等の導電材によって導電性の地板２が形成されている。放射素子であるパッチ３への給電は、誘電体基板１の裏面側から行われ、４はその給電点である。給電点４は、例えば、誘電体基板１の表面側と裏面側とを結ぶピン構造をしている。給電点４及びそのピンは、地板２には電気的に接続されていない。すなわち、誘電体基板１の裏側の給電部は、その裏側の給電部の僅かな周囲を除いて、導電材で覆われている。給電点４は、Ｙ方向ではパッチ３の中心に位置し、Ｘ方向ではパッチ３の一方の辺側にずれて位置する（図１では、辺３ｄ側にずれている）。したがって、Ｘ方向が、共振電流が流れる方向であって、共振モードの方向である。
【００１２】
非励振素子１０ａ，１０ｂ及び非励振素子２０ａ，２０ｂは、線状又は帯状の素子であって、放射器であるパッチ３との間で電磁界結合が取れる位置に配置される。例えば、非励振素子１０ａ，１０ｂ及び非励振素子２０ａ，２０ｂは、パッチ３の中心から互いに等距離に位置する。具体例を挙げれば、電磁波の波長をλとすると、非励振素子１０ａ，１０ｂとパッチ１０の縁部である辺３ｄとのＸ方向の間隔は、０．０５λ以上０．５λ以下に設定され、非励振素子１０ａ，１０ｂと誘電体基板１とのＺ方向の間隔は、０．１λ以上０．２λ以下に設定されるとよい。非励振素子２０ａ，２０ｂについても同様である。
【００１３】
非励振素子１０ａ，１０ｂは、誘電体などから形成された台座１１の表面上に設けられている。非励振素子１０ａ，１０ｂは、誘電体基板１の表面に平行且つ一定の間隔を空けながら、Ｙ方向に互いに反対向きに延伸している。また、非励振素子１０ａ，１０ｂを誘電体基板１から離して所定の位置に安定して設置するためのスペーサ１２ａ，１２ｂが設けられている。また、スペーサ１２ａ，１２ｂは、台座１１を固定する。なお、非励振素子２０ａ，２０ｂ及びその周辺構造は、図１に示されるように、非励振素子１０ａ，１０ｂと同様であるため、説明を省略する。以下でも、同様の理由により、説明を省略する場合がある。
【００１４】
図２は、非励振素子に接続されるリアクタンス可変回路の一例である。非励振素子は、リアクタンス可変回路と接続することにより、指向性を可変することができる。非励振素子１０ａと１０ｂのそれぞれに、このリアクタンス可変回路Ｘが設けられる。リアクタンス可変回路Ｘは、抵抗５１、第１の誘導素子５３、第２の誘導素子５５の順番で入力端子ｄｃから出力端子ＲＦに向けて直列に接続され、抵抗５１と第１の誘導素子５３との中間点と接地点との間に容量素子５２が設けられ、第１の誘導素子５３と第２の誘導素子５５との中間点と接地点との間にバラクタ５４が設けられた、回路である。リアクタンス可変回路Ｘは、入力端子ｄｃから入力される直流電圧値に応じてバラクタ５４の特性を変位させることで、リアクタンスを変化させる回路である。出力端子ＲＦが非励振素子に接続される。このリアクタンスの値に応じて、一対の非励振素子は導波器になるため（又は、反射器になるため）、マイクロストリップアンテナ１００の指向性を変化させることができる。
【００１５】
図３は、リアクタンス可変回路Ｘの配置についての説明図である。図３は、一対の非励振素子が台座に取り付けられた４つの構成例Ａ〜Ｄを示している。（ａ＊）と（ｂ＊）は表裏の関係にあり、（ａ＊）は表面側から見た図であり、（ｂ＊）は裏面側から見た図である。Ａは、通常のダイポール型の導波器である。Ｂは、Ａの構成にリアクタンス可変回路Ｘを追加した導波器である。台座５１の表面上にリアクタンス可変回路Ｘを追加すると、非励振素子の全長Ｂ２が長くなり、パッチ３の一辺の長さよりも長くなり得る。すなわち、ダイポール型の導波器は、Ａのようにλ／４素子を互いに少し間隔Ａ１を空けて配置されるが、間隔Ａ１にリアクタンス可変回路Ｘが介在することによって、Ｂのようにλ／４素子同士が離れ（Ａ１＜Ａ２）、指向性やインピーダンス特性に影響を与えてしまうおそれがある。また、Ｃのように、台座５１の裏側にリアクタンス可変回路Ｘを設置する構成も考えられるが、λ／４素子の直下にリアクタンス可変回路Ｘが存在するため、アンテナの放射の妨害となり得る。
【００１６】
そこで、Ｄのように、一対の非励振素子１０ａ，１０ｂに挟まれた範囲内で台座１１の裏側（誘電体基板１側）に、非励振素子１０ａに接続されるリアクタンス可変回路Ｘ１ａと非励振素子１０ｂに接続されるリアクタンス可変回路Ｘ１ｂとを設置する。このように設置することによって、指向性やインピーダンス特性に与える影響を抑え、通常のλ／２アンテナの特性が得られる。
【００１７】
図４は、リアクタンス可変回路Ｘの詳細な配置図である。リアクタンス可変回路Ｘは、垂直部材１４に取り付けられる。例えば、垂直部材１４は、一対の非励振素子１０ａ，１０ｂの延伸方向に対して垂直な方向に、非励振素子１０ａと１０ｂに挟まれる中間部位１３から延伸する部材である。垂直部材１４は、誘電体基板１の表面に当接する。垂直部材１４は、リアクタンス可変回路Ｘ又はリアクタンス可変回路Ｘが実装された回路基板を取り付け可能な取付平面を有している。当該取付平面は、例えば、誘電体基板１の表面に垂直な面である。
【００１８】
図４（ａ）は、取付平面１４ａと取付平面１４ｂの垂線方向が、非励振素子１０ａ，１０ｂの延伸方向に一致する場合を示している。図４（ｂ）は、取付平面１４ｃと取付平面１４ｄの垂線方向が、非励振素子１０ａ，１０ｂの延伸方向に垂直な方向に一致する場合を示している（１４ｄは、１４ｃの反対面であるため、図上、不指示）。
【００１９】
図４（ａ）の場合、非励振素子１０ａに導線１５ａを介して接続されるリアクタンス可変回路Ｘ１ａは取付平面１４ａに取り付けられ、非励振素子１０ｂに導線１５ｂを介して接続されるリアクタンス可変回路Ｘ１ｂは取付平面１４ｂに取り付けられる。図４（ｂ）の場合、非励振素子１０ａに導線１５ａを介して接続されるリアクタンス可変回路Ｘ１ｃは取付平面１４ｃに取り付けられ、非励振素子１０ｂに導線１５ｂを介して接続されるリアクタンス可変回路Ｘ１ｄは取付平面１４ｄに取り付けられる（Ｘ１ｄは、１４ｃの反対面である取付平面１４ｄに取り付けられるため、図上、不指示）。
【００２０】
また、台座１１の表面側に設置された非励振素子と台座１１の裏側に設置されたリアクタンス可変回路は、台座１１の貫通孔を通る導線を介して、互いに接続される。導線１５ａは、非励振素子１０ａの中間部位１３側の端部１０ａａに接続される。導線１５ｂは、非励振素子１０ｂの中間部位１３側の端部１０ｂｂに接続される。導線１５ａが接続される端部１０ａａを通る仮想面であって誘電体基板１の表面に垂直な仮想面Ｐ１と導線１５ｂが接続される端部１０ｂｂを通る仮想面であって誘電体基板１の表面に垂直な仮想面Ｐ２との間に挟まれる空間内で、リアクタンス可変回路Ｘが垂直部材１４の平面に取り付けられる。リアクタンス可変回路Ｘがこの空間内にあると、図３（Ｃ）の場合のようにアンテナの放射に妨害とならず、リアクタンス可変回路の配置によるアンテナの放射特性への影響を抑えることができる。また、図３（Ｂ）の場合に比べ、非励振素子の全長が長くなることを抑え、非励振素子同士が離れることによるアンテナの放射特性への影響を抑えることができる。
【００２１】
また、リアクタンス可変回路Ｘの構成部品（図２で示した誘導素子や容量素子やバラクタなどの構成部品）の取付平面からの高さが低い場合には、図４（ａ）のように配置しても、端部１０ａａと端部１０ｂｂとの間の延伸方向の距離を狭めることができる。また、リアクタンス可変回路Ｘの構成部品の取付平面からの高さが高い場合には、端部１０ａａと端部１０ｂｂとの間の距離が長くなってしまうので、図４（ｂ）のように配置することによって、端部１０ａａと端部１０ｂｂとの間の延伸方向の距離を狭めることができる。
【００２２】
なお、図４では、仮想面Ｐ１及びＰ２の垂線方向が、非励振素子１０ａ，１０ｂの延伸方向と同一方向である場合を示している。理想的にはこの範囲内であるのがよいが、当該延伸方向と同一でない方向である場合の仮想面Ｐ１，Ｐ２に挟まれる空間内で、リアクタンス可変回路Ｘが垂直部材１４の平面に取り付けられてもよい。
【００２３】
したがって、マイクロストリップアンテナ１００は、リアクタンス可変回路を設けたとしても、小型化しやすく、良好なアンテナ特性を得ることができる。また、非励振素子の誘電率を上げなくても、非励振素子の必要な長さを確保して、有効な指向性誘導が可能となる。
【００２４】
また、マイクロストリップアンテナ１００は、特に、車外の通信設備や放送設備と送受信又は受信を無線でするための車載アンテナ装置としての使用に適している。地板２を有しているので、車両の外板に設置しやすい。この場合の車載アンテナ装置は、例えば、人や自転車などの自車周辺の障害物などを検知するためのアンテナとして使用されると好適である。また、車載アンテナ装置は、例えば、人や自転車などの自車周辺の障害物に関する検知情報や車両周辺情報、車両登録情報、音声情報、画像情報、通話情報、車車間通信情報、ＥＴＣ用通信情報、テレビ放送波などのデータを受信又は送受信するために用いられると好適である。特に、マイクロ波やミリ波の周波数帯で使用されると好適であり、例えば、２．４ＧＨｚ帯や５．８ＧＨｚ帯での周波数帯での使用が可能である。
【００２５】
図５は、本発明の一実施形態であるマイクロストリップアンテナ２００の構成図である。マイクロストリップアンテナ２００は、方形のパッチ３の４辺全ての外側に、ダイポール型の導波器を構成する一対の非励振素子を備える。非励振素子３０ａ，３０ｂや非励振素子４０ａ，４０ｂについては、その周辺構造を含めた構造やパッチ３との配置関係が上述の実施例と同様に考えればよいため、説明を省略する。これによって、Ｘ方向の指向性制御に加えＹ方向の指向性も制御しやすくなり、指向性を３６０°の範囲で誘導できるようにすることができる。図５では、非励振素子３０ａと３０ｂのいずれか一方に接続されるリアクタンス可変回路Ｘ３ｄが、垂直部材３４の取付面であってＹ方向にその垂線が一致する取付面（図５の場合、取付面３４ｄ）に取り付けられているが、Ｘ方向にその垂線が一致する取付面に取り付けられてもよい。なお、リアクタンス可変回路Ｘ３ｄと異なるもう一つのリアクタンス可変回路が、リアクタンス可変回路Ｘ３ｄに接続される非励振素子と異なるもう一方の非励振素子に接続されて、垂直部材３４に取り付けられている。非励振素子４０ａと４０ｂのいずれか一方に接続されるリアクタンス可変回路Ｘ４ｃについても上記同様である。
【００２６】
図６は、本発明の一実施形態であるマイクロストリップアンテナ３００の構成図である。マイクロストリップアンテナ３００は、Ｘ方向に配置された非励振素子の外側に（非励振素子に対してパッチ３と反対側に）λ／４型モノポール１６，２６を誘電体基板１の垂線方向に直立させて備えている。１６，２６を配置することによって、Ｘ方向の指向性の制御を更に強くすることができる。
【００２７】
図７は、本発明の一実施形態であるマイクロストリップアンテナ４００の構成図である。マイクロストリップアンテナ４００は、Ｘ方向に配置された非励振素子の外側に、λ／４相当のＴ型モノポール１７，２７を備えている。１７，２７を備えることによって、Ｘ方向の指向性を強くしつつ、図６の場合に比べ、マイクロストリップアンテナの低背化をすることが可能である。図６に例示の単純なモノポールでは、Ｚ方向に長くなるので、マイクロストリップアンテナを覆うレドームの高さが高くなってしまうからである。また、逆Ｆ型アンテナ等の低背型の非励振素子を使用してもよい。
【００２８】
以上、本発明の好ましい実施例について詳説したが、本発明は、上述した実施例に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形及び置換を加えることができる。
【００２９】
例えば、上述の実施例において、パッチ３への給電方式を、位相をずらした２点給電方式、又は縮退分離素子を使用した１点給電方式とすることによって、直線偏波に限らず、円偏波を制御することができる。
【００３０】
また、１４などの垂直部材は、リアクタンス可変回路が取り付け可能な側面を有する多角柱でもよいし、円柱の側部を削って当該側面を形成した柱でもよい。また、リアクタンス可変回路を垂直部材に内蔵させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態であるマイクロストリップアンテナ１００の構成図である。
【図２】非励振素子に接続されるリアクタンス可変回路の一例である。
【図３】リアクタンス可変回路Ｘの配置についての説明図である。
【図４】リアクタンス可変回路Ｘの詳細な配置図である。
【図５】本発明の一実施形態であるマイクロストリップアンテナ２００の構成図である。
【図６】本発明の一実施形態であるマイクロストリップアンテナ３００の構成図である。
【図７】本発明の一実施形態であるマイクロストリップアンテナ４００の構成図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  誘電体基板
２  地板
３  パッチ
４  給電点
１０，２０，３０，４０，５０  非励振素子
１１，２１，３１，４１，５１  台座
１２，２２，３２，４２  スペーサ
１３，２３，３３，４３  中間部位
１４，２４，３４，４４  垂直部材
１００，２００，３００，４００  マイクロストリップアンテナ
Ｘ  リアクタンス可変回路
【図１】
2009246460.tif 000003
【図２】
2009246460.tif 000004
【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】
2009246460.tif 000009