(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、この誘電体基板の一方の面に貼着されたアンテナ素子板と、上記誘電体基板の他方の面に貼着された接地板と、を具備し、
上記接地板が、マイクロストリップアンテナの接地板としての機能を維持しつつ、上記接地板のうち上記誘電体基板を介して上記アンテナ素子板と対向する部分の周縁よりも内側から上記誘電体基板の周縁の一部に至る部分を削除した切欠部を有する、マイクロストリップアンテナ。
【請求項２】
上記切欠部を複数設けた請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項３】
上記アンテナ素子板が、上記誘電体基板の略中央に設けられ、上記各切欠部が、概略放射状に設けられた請求項２に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項４】
上記切欠部が、上記誘電体基板の略中央を中心として点対称な形状とされた、請求項３に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項５】
上記マイクロストリップアンテナが、円偏波用のものである請求項１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】
【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に関し、特に、平板状のアンテナ素子板を用いた所謂一般にパッチアンテナと呼ばれているマイクロストリップアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記マイクロストリップアンテナは、例えばプリント基板により構成できるので、比較的に容易にかつ安価に製造できることや、平面構造であること、等の理由から、様々な無線システムに応用されている。しかし、このマイクロストリップアンテナは、その正面方向、詳しくはアンテナ素子板の表面に垂直な方向またはこれに近接する方向、に対する放射電界強度は比較的に大きいものの、アンテナの横方向、詳しくはアンテナ素子板の表面に沿う方向またはこれに近接する方向、に対する放射電界強度は、上記正面方向に比べて極端に小さいことが知られている。このことは、アンテナの可逆性により、このマイクロストリップアンテナにより電波を受信する際の受信感度についても同様であり、即ち、正面方向の受信感度に比べて、横方向の受信感度は低い。
【０００３】
この欠点を解消するために、従来から様々な工夫が成されており、その一つとして、例えば図６に示すようなものがある。即ち、同図に示すように、２つのマイクロストリップアンテナ１００、１００を用意し、これらをそれぞれの放射面１０１、１０１が互いに直角を成す状態に組み合わせる。このようにすれば、各マイクロストリップアンテナ１００、１００それぞれの横方向に対する放射電界強度（または受信感度：以下、この受信感度については放射電界強度と同様の性質をもつものとし、本文中における記載を省略する。）を互いに補い合うことができ、上記欠点を解消できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記図６に示す従来技術では、２つのマイクロストリップアンテナ１００、１００を互いに直角に組み合わせているので、構造が複雑になる、製造コストが高コスト化する、更には寸法的に大型化する、等の様々な問題がある。これでは、平面構造のアンテナを容易にかつ安価に製造できるという上記マイクロストリップアンテナの特徴が悉く損なわれてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、上記従来の問題を解決すべく、１つのマイクロストリップアンテナにより、その横方向に対しても正面方向と略同等の十分な放射電界強度を得ることができ、ひいては正面方向から横方向にわたって略一様な放射電界強度を得ることのできるアンテナを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、誘電体基板と、この誘電体基板の一方の面に貼着されたアンテナ素子板と、上記誘電体基板の他方の面に貼着された接地板と、を具備する。そして、接地板が、マイクロストリップアンテナの接地板としてのそれ本来の機能を維持する状態に、当該接地板のうち上記誘電体基板を介してアンテナ素子板と対向する部分の周縁よりも内側から上記誘電体基板の周縁の一部に向かって伸延しかつ当該誘電体基板の周縁の一部に至る部分を削除した切欠部を有するものである。
【０００７】
なお、本発明のマイクロストリップアンテナは、例えばプリント基板により構成できる。また、ここで言う上記接地板がそれ本来の機能を維持する状態とは、例えば、接地板が、これに上記切欠部を設けても、この切欠部を設けないときと略同等の放射電界強度を維持できる寸法及び形状を有することを言う。
【０００８】
本発明によれば、接地板の上記切欠部が設けられている部分、即ち誘電体基板を介してアンテナ素子板と対向する部分の周縁の一部内側から誘電体基板の周縁に至る部分については、接地板は存在しない。ここで、例えば、今、アンテナ素子板と接地板との間に給電するとする。この給電により、アンテナ素子板の表面から空間に電波が放射されるが、このうち、アンテナ素子板の正面方向に対しては、少なくとも上記切欠部を設けていないときと略同等、若しくはそれ以上の放射電界強度を得ることができる。その理由は、次の通りである。
【０００９】
即ち、接地板は、上述の通り、これに切欠部が設けられていても、それ本来の機能を維持しているので、少なくとも上記切欠部を設けていないときと略同等の放射電界強度を得ることができる。また、アンテナ素子板は、接地板との間で比誘電率の大きい誘電体基板を挟むことにより、寸法上の短縮効果が得られることが知られている。しかし、上記切欠部を設けている部分については、接地板が存在しないので、上記寸法上の短縮効果が得られず、その分、切欠部を設けていないものに比べて、アンテナ素子板の寸法が大きくなる。従って、このようにアンテナ素子板の寸法が大きくなることにより、このアンテナ素子板の表面から電波が放射され易くなり、ひいてはアンテナ素子板の正面方向に対する放射電界強度が増大する。
【００１０】
一方、上記給電により、アンテナ素子板の周縁からも電波が発せられるが、このうち、誘電体基板を介して接地板と対向する部分から発せられる電波については、接地板との間に閉じ込められるので、空間には放射され難い。しかし、アンテナ素子板の周縁のうち誘電体基板を介して切欠部と対向する部分については、上記のように誘電体基板を介して対向する接地板が存在しないので、この部分から発せられる電波は、接地板との間に閉じ込められずに、アンテナ素子板の表面に沿う所謂横方向の空間に放射される。これにより、アンテナの横方向に対する放射電界強度が増大する。
【００１１】
なお、本発明においては、切欠部を複数設けてもよい。
【００１２】
このように、切欠部を複数設ければ、これら各切欠部を設けた各横方向に対する放射電界強度を増大できる。
【００１３】
そして、この場合、アンテナ素子板が、上記誘電体基板の略中央に設けられ、上記各切欠部が、概略放射状に設けられてもよい。
【００１４】
このように、誘電体基板の略中央にアンテナ素子板を設け、上記各切欠部を放射状に設けることによって、アンテナの各横方向、例えば上下左右方向に対して、略一様な放射電界強度を得ることができる。
【００１５】
そして、本発明は、例えば円偏波用のマイクロストリップアンテナに、適用することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明に係るマイクロストリップアンテナの一実施の形態について、図１から図５を参照して説明する。
【００１７】
図１に、本実施の形態のアンテナの外観図を示す。同図に示すように、本実施の形態のアンテナは、正方形の誘電体基板１の一方の面（同図において上方の面：以下、この面を表面とする。）の中央に導体板構成の円形のアンテナ素子板２を貼着し、他方の面（同図において下方の面：以下、この面を裏面とする。）に導体板構成の接地板３を貼着したものである。このアンテナは、例えばプリント基板により構成でき、詳しくは、誘電体基板１として、例えば厚さｔがｔ＝１．６ｍｍのガラスエポキシ樹脂基板を用い、その両面に接着した厚さ約３５μｍの薄い銅板をフォトエッチング等により処理することによって、上記アンテナ素子板２及び接地板３を形成する。なお、アンテナ素子板２と接地板３とは、誘電体基板１の中央に設けられたスルーホール４によって、互いに接続されている。
【００１８】
図２に、このアンテナを裏面側から見たパターン図を示す。同図に点線で示すように、アンテナ素子板２の直径ａは、誘電体基板１の一辺の長さｂよりも小さい。一方、接地板３は、誘電体基板１の裏面の全面にわたって形成されているのではなく、誘電体基板１の四辺に沿う部分の一部を概略台形状に削除した４つの切欠部５、５、・・・を有する。詳しくは、各切欠部５、５、・・・は、上記円形のアンテナ素子板２と中心を同じにしかつアンテナ素子板２の直径ａよりも小さい直径ｃの円周のうち、誘電体基板１の四辺に対向する部分から、これらそれぞれに対向する誘電体基板１の四辺に向かって、放射状に広がる状態に設けられている。この切欠部５、５、・・・を設けることにより、接地板３は、上記直径ｃの円形パターン部３１と、この円形パターン部３１の中央から誘電体基板１の各角部に伸延する幅ｄの４つの帯状パターン３２、３２、・・・と、から成る概略手裏剣状に形成され、スルーホール４を中心として点対称な形状とされる。
【００１９】
このように、上記切欠部５、５、・・・を設けるという点が、本実施の形態の最大の特徴であり、誘電体基板の裏面の略全面にわたって接地板を構成するという一般に知られているマイクロストリップアンテナと最も異なる点である。なお、切欠部５、５、・・・を大きくし過ぎると、換言すれば、上記円形パターン部３１の直径ｃや各帯状パターン部３２、３２、・・・の幅ｄを小さくし過ぎると、接地板３が、マイクロストリップアンテナの接地板としてのそれ本来の機能を果たさなくなる。この場合、切欠部５、５、・・・を設けない所謂接地板をベタパターンとする上記一般に知られているマイクロストリップアンテナと比べて、放射電界強度が小さくなる等、アンテナとしての性能が劣ることになる。よって、上記切欠部５、５、・・・は、接地板３がそれ本来の機能を維持し得る程度の寸法及び形状に止める。
【００２０】
ところで、本実施の形態のアンテナは、円偏波用のものである。この円偏波を実現するには、例えば図３に示すように、アンテナ素子板２上の或る点Ｐに、信号源６から給電線７を介して所定の信号を給電すると共に、この給電信号の位相を電気的に９０°、即ちλ／４だけ遅らせた信号を、スルーホール４を中心として上記点Ｐと物理的に９０°の角度を成す点Ｑに給電すればよい。
【００２１】
その際、アンテナ全体の入力インピーダンスＺI と上記給電線７の特性インピーダンスＺX とを整合させる（即ちＺI≒ＺX とする）必要があることは言うまでもない。このインピーダンス整合を実現するための条件は、次の数１の通りである。
【００２２】
【数１】
ＺI ＝｛（Ｚ0 2 ／ＺQ ）・Ｚp ｝／｛（Ｚ0 2 ／ＺQ ）＋Ｚp ｝≒ＺX 
【００２３】
なお、この数１において、Ｚp は、上記給電点Ｐにおけるアンテナ素子板２の入力インピーダンス、ＺQ は、上記給電点Ｑにおけるアンテナ素子板２の入力インピーダンスである。これら各インピーダンスＺp 及びＺQ は、それぞれ上記各給電点Ｐ及びＱの位置によって決まる。また、Ｚ0 は、これら給電点Ｐ及びＱ間で、上記給電信号の位相をλ／４だけずらすための線路８自体の特性インピーダンスで、この特性インピーダンスＺ0 は、線路８を構成するケーブルの種類によって決まる。
【００２４】
例えば、今、上記数１に基づいて、アンテナと給電線７とのインピーダンス整合を実現した上で、このアンテナに信号源６から上記所定の信号を給電する。すると、この給電により、アンテナ素子板２の表面から電波が発せられ、これによって、図１に矢印１０で示すように、アンテナ素子板２の正面方向の空間に電波が放射される。その際、このアンテナ素子板２の正面方向に対する放射電界強度は、上記切欠部５、５、・・・を設けたことにより増大する。その理由は、次の通りである。
【００２５】
即ち、アンテナ素子板２は、接地板３との間で、空気よりも比誘電率の大きい誘電体基板１を挟むことによって、寸法上の短縮効果が得られることが知られている。本実施の形態では、上記切欠部５、５、・・・を設けているので、この切欠部５，５、・・・を設けている部分については、上記寸法上の短縮効果が得られず、その分、切欠部５、５、・・・を設けない場合に比べて、アンテナ素子板２の寸法が大きくなる。このように、アンテナ素子板２が寸法上大きくなることにより、このアンテナ素子板２の表面から電波が放射され易くなり、ひいてはアンテナ素子板２の正面方向に対する放射電界強度が増大するからである。
【００２６】
なお、このアンテナ素子板２の正面方向に対する放射電界強度は、上記切欠部５、５、・・・を設けない場合に比べて小さくなることはない。上述した通り、接地板３は、これに切欠部５、５、・・・を設けられているものの、マイクロストリップアンテナの接地板としてのそれ本来の機能を維持し得る程度の寸法及び形状とされているからである。
【００２７】
一方、上記給電により、アンテナ素子板２の周縁からも電波が発せられる。このうち、誘電体基板１を介して接地板３と対向する部分、即ち帯状パターン部３２、３２、・・・と対向する部分から発せられる電波については、接地板３（帯状パターン３２、３２、・・・）との間に閉じ込められるので、空間には放射され難い。しかし、アンテナ素子板２の周縁のうち誘電体基板１を介して切欠部５、５、・・・と対向する部分については、誘電体基板１を介して対向する接地板３が存在しないので、この部分から発せられる電波は、接地板３との間に閉じ込められずに、図１に矢印１１、１１、・・・で示すように、アンテナ素子板２の表面に沿う所謂横方向の空間に放射される。これにより、アンテナの横方向に対する放射電界強度が増大する。
【００２８】
これを裏付けるデータを、図４に示す。このデータは、本実施の形態のアンテナを、例えば８００ＭＨｚ帯の無線システムに使用したときの、放射電界強度を測定して得たものである。詳しくは、図２において、誘電体基板１の一辺の長さｂをｂ＝１２０ｍｍ、アンテナ素子板２の直径ａをａ＝１１２ｍｍ、接地板３を構成する円形パターン部３１の直径ｃをｃ＝９０ｍｍ、帯状パターン部３２、３２、・・・の各パターン幅ｄをｄ＝３０ｍｍとする。そして、図３における給電線７として、その特性インピーダンスＺX がＺX ＝５０Ωの同軸ケーブルを用いると共に、各給電点Ｐ及びＱにおける各入力インピーダンスＺp 及びＺQ がそれぞれＺp ＝１００Ω、ＺQ ＝５０Ωとなるように上記各給電点Ｐ及びＱの位置を決定し、線路８として一般に知られている１．５Ｃ−２Ｖ（特性インピーダンスＺ0 ＝７５Ω）の同軸ケーブルを用いる。これによって、上記数１が満足され（ＺI≒５３Ω≒ＺX ）、即ちアンテナと給電線７とのインピーダンス整合が実現される。そして、このアンテナを、地面から高さ約１．５ｍの位置に、アンテナ素子板２の表面が地面と直角を成す状態に配置し、この状態で、信号源６から８０８ＭＨｚの信号を供給し、このとき、アンテナから地面に対して水平な方向に約３ｍ離れた位置で、アンテナの周囲の放射電界強度を測定したものが、図４に実線Ｘで示すグラフである。なお、同図に点線Ｙで示すグラフは、切欠部５、５、・・・を設けていないアンテナについて、上記と同じ条件で、放射電界強度を測定して得たデータである。
【００２９】
この図４から明らかなように、切欠部５、５、・・・を設けていないアンテナについては、その正面方向（０°の方向）については、或る程度の放射電界強度が得られるものの、横方向（９０°及び２７０°の方向）については、極端に放射電界強度が弱くなる。これに対して、切欠部５、５、・・・を設けた本実施の形態のアンテナによれば、アンテナ素子板２の正面方向（０°の方向）のみならず、これと直角な横方向（９０°及び２７０°の方向）についても、正面方向と略同程度の放射電界強度（正面方向に対する放射電界強度に比べて−３乃至−２〔ｄＢμＶ／ｍ〕程度）が得られていることが判る。
【００３０】
そればかりか、正面方向に対しては、切欠部５、５、・・・を設けることによって、放射電界強度が増大していることも判る。この正面方向に対する放射電界強度は、一般に知られているダイポールアンテナの放射電界強度と比較して、−０．５〔ｄＢμＶ／ｍ〕程度であり、略理想的とも言える結果が得られた。
【００３１】
上記のように、本実施の形態によれば、１つのマイクロストリップアンテナにより、横方向に対しても、正面方向と同程度の放射電界強度が得られる。従って、上述した従来技術に比べて、簡単かつ低コストで、アンテナの正面方向から横方向にわたって略一様な放射電界強度を得られる薄型のマイクロストリップアンテナを実現できる。
【００３２】
また、上記横方向への放射電界強度の増大を可能とする切欠部５、５、・・・を四方に放射状に設けているので、これら各方向に対する放射電界強度の増大を実現できる。従って、これら各方向に対して、略一様な放射電界強度を有する所謂一種の全方向性アンテナを実現できる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、概略台形状の切欠部５、５、・・・を四方に設けることによって、これら各方向に対する放射電界強度を増大させたが、これに限らない。例えば、アンテナの横方向のうち、或る一方向にのみ放射電界強度を増大させたい場合には、図５に示すように、その希望の方向にのみ切欠部５を設ければよい。その際、切欠部５を、同図に点線で示すような形状としてもよい。また、切欠部５、５、・・・の形状及び寸法は、本実施の形態で説明した例に限らない。即ち、接地板３が、それ本体の機能を維持しつつ、本実施の形態と同様の作用及び効果を奏するのであれば、切欠部５、５、・・・の形状及び寸法は任意である。
【００３４】
そして、本実施の形態においては、本発明を円偏波用のアンテナに応用する場合について説明したが、これに限らず、垂直または水平偏波用のアンテナにも、本発明を応用できる。
【００３５】
また、本実施の形態では、アンテナをプリント基板構成としたが、これに限らない。ただし、プリント基板構成とすれば、製造コストを低コスト化できる等、様々な利点があることは言うまでもない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように、本発明のマイクロストリップアンテナによれば、切欠部を設けるという極めて簡単な構成により、アンテナの横方向に対する放射電界強度を増大でき、ひいては、アンテナの正面方向から横方向にわたって放射電界強度が略一様な所謂広指向性のアンテナを実現できる。従って、このようなアンテナを、上述した図６に示す従来技術に比べて、簡単かつ低コストで実現でき、更には薄型化できるという効果がある。
【００３７】
また、上記切欠部を設けることにより、この切欠部を設けない場合に比べて、アンテナ素子板の寸法上の短縮効果が減少し、その分、アンテナ素子板の寸法が大きくなる。このようにアンテナ素子板の寸法が大きくなることにより、このアンテナ素子板の表面から電波が放射され易くなり、ひいては、アンテナの正面方向に対する放射電界強度が増大するという効果もある。
【００３８】
また、切欠部を複数設けることで、これら各切欠部を設けた各横方向に対する放射電界強度を増大できる。従って、様々な方向に対して放射電界強度を増大したい場合等に非常に有効である。
【００３９】
さらに、この場合、誘電体基板の略中央にアンテナ素子板を設け、上記各切欠部を放射状に設けることで、アンテナ素子板の各横方向、例えば上下左右方向に対して、略一様な放射電界強度を有する所謂一種の全方向性アンテナを実現することができる。
【００４０】
そして、この発明は、円偏波用のアンテナにおいても、これらの効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るマイクロストリップアンテナの一実施の形態を表す図で、（ａ）は、その表面側を斜め方向から見た斜視図、（ｂ）は、裏面側を斜め方向から見た斜視図、（ｃ）は、側面図である。
【図２】同実施の形態を構成するプリント基板のパターン図である。
【図３】同実施の形態における給電状態を表す図である。
【図４】同実施の形態により得られる効果を裏付けるデータで、アンテナ素子板の表面を地面に対して垂直に設けたときの水平方向に沿う各方向の放射電界強度を測定して得たポーラカーブである。
【図５】同実施の形態の別の例を表すプリント基板のパターン図である。
【図６】マイクロストリップアンテナの横方向に対する放射電界強度を増大させるための従来技術を概略的に表す図である。
【符号の説明】
１  誘電体基板
２  アンテナ素子
３  接地板
５  切欠部
【図１】
0003764289.tif 000002
【図２】
0003764289.tif 000003
【図３】
0003764289.tif 000004
【図４】
0003764289.tif 000005
【図５】
0003764289.tif 000006
【図６】
0003764289.tif 000007