JP2000261235A - トリプレート線路給電型マイクロストリップアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トリプレート線路を給電線とする従来のマイ
クロストリップアンテナでは、簡易な構成にてかつ放射
特性に悪影響を与えることなくＴＥＭモードを抑圧する
ことはできないなどの課題があった。 【解決手段】 トリプレート線路の一対の地導体１，５
同士を送受信波の１／４波長の長さ以上の大きさでスル
ーホール９で短絡させたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はアンテナに対する
給電線路としてトリプレート線路給電を用いたマイクロ
ストリップアンテナに係り、詳しくは、パラレルプレー
トモードなどのＴＥＭモードの反射波の伝播を抑制しつ
つ良好な放射特性にて送受信波を放射／受信することが
できるトリプレート線路給電型マイクロストリップアン
テナの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は“トリプレート給電スロット結
合マイクロストリップアンテナ”（電子情報通信学会春
季全国大会予稿集２−６１７、講演番号 ＳＢ−１−
５）に開示された従来のトリプレート線路給電型マイク
ロストリップアンテナの構成を示す断面図である。図に
おいて、１は導電性材料からなる第一地導体、２はこの
第一地導体１上に積層されたセラミックからなる第一誘
電体、３はこの第一誘電体２上に略長方形形状に積層さ
れた導電性材料からなる第一中心導体、４はこの第一中
心導体３を第一誘電体２との間に挟むように当該第一誘
電体２上に積層されたセラミックからなる第二誘電体、
５は第二誘電体４上に積層された導電性材料からなる第
二地導体、６は第一中心導体３の先端から送受信波の１
／４波長だけずれた位置において当該第一中心導体３と
垂直に重なるように第二地導体５に開設された略長方形
形状のスロット、７はこのスロット６を被覆するように
第二地導体５上に積層され、シアネート系レジンあるい
はビスマレイミドートリアジンからなる第三誘電体、８
はスロット６と第一中心導体３が重なる位置を中心とし
て第三誘電体７上に積層された略正方形形状の放射導体
である。なお、第一地導体１、第一誘電体２、第一中心
導体３、第二誘電体４および第二地導体５は総称してト
リプレート給電線路とよばれている。

【０００３】次に動作について説明する。第一中心導体
３に送受信波としての交流の電圧を印加すると、この中
心導体３と各地導体１，５との間にその電圧変化に応じ
た電界が形成され、スロット６においては第一中心導体
３に対向させて放射導体８が配設されているため、マイ
クロストリップアンテナが励振され、電波が空中に放出
される。受信の場合は逆の動作である。そして、このよ
うな原理によりマイクロストリップアンテナは電波の送
受信を行うことができる。

【０００４】そして、このトリプレート線路給電型マイ
クロストリップアンテナでは、給電回路を含めて薄型か
つ軽量に形成することができるので、移動体通信用アン
テナ、レーダ用アンテナ、衛星通信用アンテナ等として
幅広く用いられている。また、マイクロストリップ線路
（第一中心導体３）からスロット６を介して電磁結合に
より給電しているので、マイクロストリップ線路を直接
放射導体８に接続するような給電方法や、第一地導体１
背面に設けた同軸コネクタで給電するような給電方法に
比べて、当該給電線路からの不要な放射を生ずることは
なく、アンテナ放射特性に影響を与えない特徴がある。
また、マイクロストリップ線路で給電する場合のように
別途地導体を設ける必要もなく、給電回路とアンテナと
の半田付けも不要である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のトリプレート線
路給電型マイクロストリップアンテナは以上のように構
成されているので、放射導体８に対して給電を行うため
に一方の地導体（第二地導体５）にスロット６を開設し
てしまうために、他方の地導体（第一地導体１）を流れ
る電流が反射し、パラレルプレートモードなどのＴＥＭ
モードの反射波が地導体１，５間を伝播してしまい、そ
の反射波の伝播に起因するエネルギーロスが生じ、両地
導体１，５を流れる電流を効率よくアンテナから放射さ
せることができないなどの課題があった。

【０００６】図１１はこの従来のトリプレート線路給電
型マイクロストリップアンテナにおけるスロット周辺部
の電解分布を示す説明図である。図において、１３は第
一中心導体３と第一地導体１との間の電界成分、１４は
第一中心導体３と第二地導体５との間の電界成分、１０
はスロット６内に形成される励振電界成分、１１は第二
地導体５と放射導体８との間に形成される放射電界成分
である。

【０００７】このように従来のマイクロストリップアン
テナでは、一方の地導体（第二地導体５）にのみスロッ
ト６が開設され、このスロット６から一方側に放射され
る電界で、放射導体８から電波を送受信することができ
るが、これとは反対側の他方にも電界は放射され、この
他方に放射される電界により一対の地導体１，５の間に
おいて、パラレルプレートモードなどのＴＥＭモードの
反射波が伝播してしまうことになる。

【０００８】図１２は“スロット結合マイクロストリッ
プアンテナのパラレルプレートモードの解析”（岩崎
他、電子情報通信学会論文誌（Ｂ−ＩＩ Ｖｏｌ．Ｊ７
５−ＢＩＩ、 Ｎｏ．３ ｐｐ．１７１−１７８、１９
９２ 年）に開示された従来のトリプレート線路給電型
マイクロストリップアンテナの構成を示す図である。図
において、２９は互いにトリプレート線路と平行に配列
されるように、スロット６および第一中心導体３とにな
るべく近接して配置されたスルーホールである。特に、
１２本のスルーホールを配列することで、パラレルプレ
ートモードなどのＴＥＭモードの反射波の発生を抑圧す
ることができると記載されている。

【０００９】しかしながら、このようにスロット６や給
電線（第一中心導体３）になるべく近接させるように複
数のスルーホール２９を開設した場合、スロット６の周
辺部において地導体１，５同士がショートされてしまう
構造となるため、今度は、送受信波自体の放射特性が変
化してしまうという弊害が生じてしまう。

【００１０】具体的には、中心導体３やスロット６の近
傍にスルーホール２９が配置されるため、給電点におけ
る入力インピーダンス特性が変化し、スルーホール２９
によってトリプレート線路における電磁界やスロット６
内の電磁界が急激に変化してしまうため、送受信波の狭
帯域化が生じてしまう。また、スルーホールの製作不良
の影響を受けやすく、１，２箇所のスルーホール２９に
断線が発生してしまうと、その内部の電磁界分布が非対
称に乱れ、更なる入力インピーダンス特性の変化や、非
対称励振による放射電波中の交差偏波成分の上昇などの
問題があった。

【００１１】また、図１３は“背面に薄型空洞を装荷し
たストリップ線路給電開口結合形マイクロストリップア
ンテナ”（電子情報通信学会春季大会、Ｂ−１１３、１
９９１ 年）に開示された従来の他のトリプレート線路
給電型マイクロストリップアンテナの構成を示す図であ
る。図において、３０はスロット６に対応する位置に開
設された対向スロット、３１はこの対向スロット３０を
開口とするとともに送受信波の１／４波長の深さを有す
るキャビティ、３２はキャビティ３１とは反対側となる
位置にあって、スロット６になるべく近接する位置に開
設されたスルーホールである。そして、このような構成
では各地導体１，５の電流の流れは対称となるので、不
均等な反射電流に起因するパラレルプレートモードなど
のＴＥＭモードの反射波の伝播を抑圧することができ
る。しかしながら、このような薄型のキャビティ３１を
第一地導体１の裏面に形成することはそれ自体が困難で
あり、しかも、構造が複雑になってしまうため、製作が
容易ではないという問題がある。

【００１２】この発明は以上のような課題を解決するた
めになされたもので、アンテナとしての放射特性に悪影
響を与えることなく、且つ、簡易な構成にてパラレルプ
レートモードなどのＴＥＭモードの反射波の発生を抑制
することができるトリプレート線路給電型マイクロスト
リップアンテナを得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決しようとする手段】この発明に係るトリプ
レート線路給電型マイクロストリップアンテナは、一対
の地導体と、この地導体の間に配設された中心導体と、
この中心導体の端部に対応する位置に開設されたスロッ
トと、このスロットに重なる位置に配設された放射導体
とを備え、上記中心導体と放射導体とを当該スロットを
介して電磁気的に結合させて当該中心導体による給電電
圧に応じた電波を放射導体から放射させるトリプレート
線路給電型マイクロストリップアンテナにおいて、中心
導体とスロットとが重なる位置から、当該中心導体を介
して送受信される電波の波長の１／４以上、１／２以下
となる範囲内において、当該スロットの周囲全体を囲む
ように一対の地導体同士を電気的に接続して、その内側
と外側とを電気的に遮蔽する遮蔽部材を備えたものであ
る。

【００１４】この発明に係るトリプレート線路給電型マ
イクロストリップアンテナは、一対の地導体と、この地
導体の間に配設された中心導体と、この中心導体の端部
に対応する位置に開設されたスロットと、このスロット
に重なる位置に配設された放射導体とを備え、上記中心
導体と放射導体とを当該スロットを介して電磁気的に結
合させて当該中心導体による給電電圧に応じた電波を放
射導体から放射させるトリプレート線路給電型マイクロ
ストリップアンテナにおいて、上記スロットの周囲全体
を囲むように一対の地導体同士を電気的に接続して、そ
の内側と外側とを電気的に遮蔽する遮蔽部材を備え、か
つ、その遮蔽部材と当該スロットとの間隔は、少なくと
も当該スロットの一側面側において、上記中心導体を介
して送受信される電波の波長の１／４以上、１／２以下
となる範囲内となる間隔に形成されているものである。

【００１５】この発明に係るトリプレート線路給電型マ
イクロストリップアンテナは、遮蔽部材が、一対の地導
体同士を電気的に接続する複数のスルーホールあるいは
ビアホールであるものである。

【００１６】この発明に係るトリプレート線路給電型マ
イクロストリップアンテナは、一対の地導体、この間に
配設された中心導体、および、この中心導体と各地導体
との間に配設された１組の給電用誘電体からなるトリプ
レート線路と、上記地導体のうちの一方に、上記中心導
体の端部に対応する位置に開設されたスロットと、この
スロットに重なるように上記一方の地導体上に配設され
た放電用誘電体と、この放電用誘電体に重ねて配設され
た放射導体とを備え、上記中心導体と放射導体とを当該
スロットを介して電磁気的に結合させて当該中心導体に
よる給電電圧に応じた電波を放射導体から放射させるト
リプレート線路給電型マイクロストリップアンテナにお
いて、上記スロットの周囲全体を囲んでその内側と外側
とを電気的に遮蔽するように、一対の地導体同士を電気
的に接続する複数のスルーホールあるいはビアホールを
設け、さらに、その複数のスルーホールあるいはビアホ
ールと当該スロットとの間隔は、少なくとも当該スロッ
トの一側面側において、上記中心導体を介して送受信さ
れる電波の波長の１／４以上、１／２以下となる範囲内
となる間隔に形成されているものである。

【００１７】この発明に係るトリプレート線路給電型マ
イクロストリップアンテナは、給電用誘電体がセラミッ
クで形成されているものである。

【００１８】この発明に係るトリプレート線路給電型マ
イクロストリップアンテナは、放電用誘電体が給電用誘
電体よりも小さい誘電率の材料で形成されているもので
ある。

【００１９】この発明に係るトリプレート線路給電型マ
イクロストリップアンテナは、放電用誘電体をシアネー
ト系レジンあるいはビスマレイミドートリアジンで形成
するとともに、給電用誘電体をセラミックで形成したも
のである。

【００２０】この発明に係るトリプレート線路給電型マ
イクロストリップアンテナは、中心導体が、その先端部
から送受信電波の１／２波長までの部位がそれ以外の部
位とは異なる線路幅に形成され、終端が開放されたスタ
ブ構造に形成されているものである。

【００２１】この発明に係るトリプレート線路給電型マ
イクロストリップアンテナは、中心導体が、一対の地導
体の中間位置からオフセットされた位置に配設されてい
るものである。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１によるト
リプレート線路給電型マイクロストリップアンテナの構
成を示す構成図である。図において、１は導電性材料か
らなる第一地導体（地導体）、２はこの第一地導体１上
に積層されたセラミックからなる第一誘電体（給電用誘
電体）、３はこの第一誘電体２上に略長方形形状に積層
された導電性材料からなる第一中心導体（中心導体）、
４はこの第一中心導体３を第一誘電体２との間に挟むよ
うに当該第一誘電体２上に積層されたセラミックからな
る第二誘電体（給電用誘電体）、５は第二誘電体４上に
積層された導電性材料からなる第二地導体（地導体）、
６は第一中心導体３の先端から送受信波の１／４波長だ
けずれた位置において当該第一中心導体３と垂直に重な
るように第二地導体５に開設された略長方形形状のスロ
ット、７はこのスロット６を被覆するように第二地導体
５上に積層され、シアネート系レジンあるいはビスマレ
イミドートリアジンからなる第三誘電体（放電用誘電
体）、８はスロット６と第一中心導体３が重なる位置
（給電点）を中心として第三誘電体７上に積層された略
正方形形状の放射導体である。なお、第一地導体１、第
一誘電体２、第一中心導体３、第二誘電体４および第二
地導体５は総称してトリプレート給電線路とよばれてい
る。

【００２３】また、９はそれぞれ第一地導体１と第二地
導体５とを電気的に接続するように開設されたスルーホ
ールであり、このスルーホール９は第一中心導体３の先
端部とスロット６とを囲むように所定の間隔毎に略四角
形状に配列され、その内側と外側とを電気的に遮蔽して
いる。また、Ｖｓはこのスルーホール９により形成され
る四角形の各辺と、第一中心導体３とスロット６とが重
なる位置（給電点）との距離であり、ここでは送受信波
の１／４波長から１／２波長までの間の所定の等しい距
離となるように設定されている。

【００２４】次に動作について説明する。第一中心導体
３に送受信波としての交流の電圧を印加すると、この中
心導体３と各地導体１，５との間にその電圧変化に応じ
た電界が形成され、スロット６においては第一中心導体
３に対向させて放射導体８が配設されているため、マイ
クロストリップアンテナが励振され、電波が空中に放出
される。受信の場合は逆の動作である。そして、このよ
うな原理によりマイクロストリップアンテナは電波の送
受信を行うことができる。

【００２５】なお、このように第一中心導体３の先端を
オープンとするとともに、この先端から波長の約１／４
の長さの位置にスロット６を開設しているので、スロッ
ト６において磁界が最も強くなり、効率よくマイクロス
トリップアンテナに結合することができる。ただし、こ
のスロット６の配設位置はこれに限られるものではな
く、スロット６の呈するインピーダンスによって若干短
くなる傾向がある。

【００２６】次にパラレルプレートモードなどのＴＥＭ
モードの反射波の伝播が抑制される原理について説明す
る。

【００２７】図２はこの発明の実施の形態１によるトリ
プレート線路給電型マイクロストリップアンテナを励振
した状態において、パラレルプレートモードなどのＴＥ
Ｍモードの反射波の伝播の抑制動作を説明するため説明
図である。同図（ａ）において、９ａは第二地導体５と
電気的に接続され、スロット６と底面との距離が送受信
波の１／４波長に等しい空間を形成するキャビティ、１
０はスロット６内に形成される励振電界成分、１１は第
二地導体５と放射導体８との間に形成される放射電界成
分、１２はこのキャビティ９ａ内に形成されるキャビテ
ィ電界成分である。

【００２８】スロット６において励振された電界は、そ
れに応じて同図上側に伝播する電界成分が放射電界成分
となって、電波を励振する。これと同時に、当該スロッ
ト６から下側にも同様に伝播が生じる。しかしながら、
この実施の形態では上述したキャビティ９ａを形成して
いるため、この下側に伝播した電波は、キャビティ９ａ
の底面で反射され、再びスロット６に戻ってくる。従っ
て、この反射波はスロット６上で同相となって伝播しな
くなり、パラレルプレートモードなどのＴＥＭモードの
反射波の伝播が抑制される。

【００２９】そして、同図（ｂ）のようにキャビティ９
ａを２つに分割し、更に、同図（ｃ）のようにキャビテ
ィ９ａを第二地導体５に沿った薄い形状に変形しても、
同様の原理に基づいて反射波はスロット６上で同相とな
るので、パラレルプレートモードなどのＴＥＭモードの
反射波の伝播が抑制される。

【００３０】図３はこの発明の実施の形態１によるトリ
プレート線路給電型マイクロストリップアンテナにおけ
る電場を示す説明図である。図において、１３は第一中
心導体３と第一地導体１との間の電界成分、１４は第一
中心導体３と第二地導体５との間の電界成分である。そ
して、同図と上記図２（ｃ）とを比較すれば明らかなよ
うに、これらは同様の電場を形成している。したがっ
て、この発明の実施の形態１では、図２（ｃ）と同様の
原理に基づいてパラレルプレートモードなどのＴＥＭモ
ードの反射波の伝播を抑制することができる。

【００３１】図４はこの発明の実施の形態１において、
ｌ＝Ｖｓと入力インピーダンスとの関係を説明するイン
ピーダンス線図である。図において、（ａ）はＶｓ＝３
λｇ／１６（０．１８８λｇ）の場合の入力インピーダ
ンス特性曲線、（ｂ）はＶｓ＝λｇ／４（０．２５λ
ｇ）の場合の入力インピーダンス特性曲線、（ｃ）はＶ
ｓ＝λｇ／２（０．５λｇ）の場合の入力インピーダン
ス特性曲線である。ここで、λｇはトリプレート線路間
の誘電体中の波長である。そして、（ａ）の場合にはキ
ャビティ９ａ寸法が小さくなるため、スロット６近傍や
第一中心導体３近傍においてキャビティ９ａのショート
面が存在してしまうことになり、インピーダンスの不整
合が生じ、（ｃ）の場合にはスロット６からの距離がλ
ｇ／２になるため、スロット６の中心部で電界が零とな
ってスロット６が励振されにくくなり、やはり不整合が
生じ、これらに対して（ｂ）のλｇ／４とした場合に
は、スロット６における電界が最大になり、整合が取れ
ていることがわかる。この結果より、Ｖｓをλｇ／４に
設定した場合に最も反射波の発生が抑えられることがわ
かる。

【００３２】図５はこの発明の実施の形態１において、
ｌ＝Ｖｓとトリプレート線路上の定在波比（ＶＳＷＲ：
Ｖｏｌｔａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔ
ｉｏ）との関係を説明するインピーダンス線図である。
図において、横軸はキャビティ長Ｖｓを送受信波の波長
λｇで正規化した値、縦軸はＶＳＷＲの大きさである。
そして、同図から、キャビティ長Ｖｓを変えるとＶＳＷ
Ｒが変化し、特に、Ｖｓを波長λｇの０．２１から０．
４５倍に設定したときにＶＳＷＲが「２」以下となり、
更に、０．２５から０．３５倍に設定したときに最も
「１」に近くなる。したがって、このキャビティ長Ｖｓ
は送受信周波数の０．２１から０．４５倍に設定し、好
ましくは、０．２５から０．３５倍に設定すればよい。
また、この０．２５から０．３５倍の範囲では、ＶＳＷ
Ｒの値がほとんど変化しないので、上記各スルーホール
９はこの範囲内の自由度において可能な位置に配設すれ
ばよい。実際にはこれらの中でも０．２５倍とするのが
キャビティ寸法をもっとも小さくすることができるの
で、実用上有効である。

【００３３】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、第一中心導体３とスロット６とが重なる位置から、
当該第一中心導体３を介して送受信される電波の波長の
１／４以上、１／２以下となる範囲内において、当該ス
ロット６の周囲全体を囲むように一対の地導体１，５同
士を電気的に接続して、その内側と外側とを電気的に遮
蔽する複数のスルーホール９を備えたので、この複数の
スルーホール９と一対の地導体１，５とで上記スロット
６を開口とする薄形のキャビティが形成される。また、
このキャビティは送受信される電波の波長の１／４以
上、１／２以下の長さに形成されているので、スロット
６から発生する反射波はこのキャビティの側面で反射さ
れ、スロット６上で同相となり、伝播しなくなる。従っ
て、当該反射波の伝播に起因するエネルギーロスは抑制
され、両地導体１，５を流れる電流を効率よくアンテナ
から放射させることができる効果がある。

【００３４】また、トリプレート線路の第一中心導体３
とスロット６とが重なる給電点から送受信波の波長の１
／４以上、１／２以下離間させた位置において、一対の
地導体１，５をショートさせているので、給電点におけ
る入力インピーダンス特性は変化せず、送受信波の狭帯
域化などの送受信波自体の放射特性に影響を及ぼすこと
はない。

【００３５】この実施の形態１によれば、複数のスルー
ホール９でもってキャビティを形成しているので、キャ
ビティを容易に形成することができる。しかも、給電点
から送受信波の波長の１／４以上、１／２以下離間させ
た位置に配設しているので、１，２箇所のスルーホール
９に断線が発生したとしても、それにより内部の電磁界
分布が非対称に乱れてしまうことはなく、入力インピー
ダンス特性の変化や、非対称励振による放射電波中の交
差偏波成分の上昇などの問題が生じることもなく、上述
した効果を容易に得ることができる効果がある。

【００３６】この実施の形態１によれば、トリプレート
給電線路を構成する第一誘電体２および第二誘電体４は
セラミックで形成されているので、スルーホール９など
を容易に開設して上記キャビティを効率よく且つ通常の
半導体製造プロセスでもって形成することができる効果
がある。

【００３７】この実施の形態１によれば、第三誘電体７
はこれら第一誘電体２や第二誘電体４よりも小さい誘電
率のシアネート系レジンあるいはビスマレイミドートリ
アジンで形成しているので、給電途中における効率よい
伝送と、第一中心導体３の効率のよい駆動とを両立させ
ることができ、両地導体１，５を流れる電流を効率よく
アンテナから放射させることができる効果がある。

【００３８】そして、このように第一誘電体２と第二誘
電体４にセラミックを使用することで、比較的高誘電率
を稼ぐことができるので、低抵抗の銅，銀を導体材料と
して用いることができ、高周波において低損失化な良好
な特性を得ることができる。しかも、低温焼成セラミッ
クなどのように焼成温度を約９００℃に下げて寸法精度
を向上させることができ、基板厚の精度が確保でき、バ
ラツキが小さくなる。さらに、第三誘電体７にレジン系
材料を使用しているので、耐熱性、耐放射線性、機械的
特性に優れ、しかも、低誘電率にて放射導体８を結合さ
せることができ、狭帯域化や放射効率低下を防止するこ
とができる。

【００３９】なお、この実施の形態１ではキャビティを
形成するためにスルーホール９を使用したが、ビアホー
ルを用いても同様の効果が得られる。また、ここでは１
つのアンテナについて説明したが、アレイ化した場合で
も同様の効果がある。そして、複数のアンテナ素子を配
列したアレイアンテナとした場合は、格子状の四角配
列，三角配列としても良く、配列方式には依存しない。
また、円偏波の軸比の改善を図るためにサブアレイ内で
シーケンシャルアレイとしてもよい。

【００４０】実施の形態２．図６はこの発明の実施の形
態２によるトリプレート線路給電型マイクロストリップ
アンテナの構成を示す構成図である。図において、１５
は第一中心導体３の先端とスロット６とを電気的に接続
する先端短絡部材である。なお、同図においてこの先端
短絡部材１５は平板形状に記載しているが、キャビティ
と同様にスルーホールやビアホールを用いれば、通常の
半導体プロセスを用いて容易に形成することができる。

【００４１】また、この実施の形態２では、複数のスル
ーホール９は、第一中心導体３の先端部とスロット６と
が重なる位置との距離が送受信波の１／４波長から１／
２波長までの間の所定の略等しい距離となるように、且
つ、第一中心導体３の先端部とスロット６とを囲むよう
に、所定の間隔毎に略円形状に配列されており、また、
放射導体８もスロット６と第一中心導体３が重なる位置
を中心として略円形形状に形成されている。これ以外の
構成は実施の形態１と同様であり説明を省略する。

【００４２】そして、このように第一中心導体３の先端
部とスロット６とを電気的にショートしても、放射導体
８とこの第一中心導体３との間で電界を励振して電波を
送受信することができる。

【００４３】また、複数のスルーホール９と一対の地導
体１，５とで上記スロット６を開口とし、且つ、半径が
送受信波の波長の１／４以上、１／２以下の長さである
略円柱形状の薄形のキャビティが形成されているので、
スロット６から発生する反射波はこのキャビティの側面
で反射され、スロット６上で同相となり、伝播しなくな
る。従って、当該反射波の伝播に起因するエネルギーロ
スは抑制され、送受信波の狭帯域化などの送受信波自体
の放射特性に影響を及ぼすことなく、両地導体１，５を
流れる電流を効率よくアンテナから放射させることがで
きる効果がある。

【００４４】なお、このように放射導体８の形状や複数
のスルーホール９の配列形状には制限はなく、ほかにも
長方形形状や楕円形状であっても同様の効果を期待する
ことができる。また、ここでは直線偏波励振の例を示し
たが円偏波励振であっても同様である。円偏波励振を行
うためには、上記構成に加えてさらに直交した位置から
９０度の位相差で励振すればよく、ブランチライン型ハ
イブリッド回路、ウィルキンソン型分配回路、Ｔ分岐回
路、ラットレース回路などを利用したり、１点給電で放
射導体に切り欠き等も設ければよい。次に、広帯域化の
ために放射導体８の上に無給電素子を設けてもよい。さ
らに、ここでは，トリプレート線路とアンテナ素子との
みを一体化する構成を示したが、送受信機をも含めて一
体化してもよい。

【００４５】実施の形態３．図７はこの発明の実施の形
態３によるトリプレート線路給電型マイクロストリップ
アンテナの構成を示す構成図である。図において、１６
は第一中心導体３の先端から送受信波の１／２波長まで
の部位であって、他の部位よりも幅広に形成された整合
スタブ部（スタブ構造）である。これ以外の構成は実施
の形態１と同様であり同一の符号を付して説明を省略す
る。

【００４６】そして、このように第一中心導体３の先端
部に、送受信電波の１／２波長に等しい長さの整合スタ
ブ部１６を設けたので、整合回路などを別途設けなくと
も入力インピーダンスを整合させることができる効果が
ある。

【００４７】実施の形態４．図８はこの発明の実施の形
態４によるトリプレート線路給電型マイクロストリップ
アンテナの構成を示す構成図である。図において、１７
は導電性材料からなる第三地導体、１８はこの第三地導
体１７上に積層されたセラミックからなる第四誘電体、
１９はこの第四誘電体１８上に略長方形形状に積層され
た導電性材料からなるの第二中心導体、２０はこの第二
中心導体１９を第四誘電体１８との間に挟むように当該
第四誘電体１８上に積層されたセラミックからなる第五
誘電体であり、この第五誘電体２０は第一地導体１の下
に配設されている。

【００４８】また、２１は第二中心導体１９と第一中心
導体３とを接続する１乃至複数の給電用スルーホール、
２２は第一中心導体３とともに第一誘電体２と第二誘電
体４との間に形成され、他のアンテナに給電するための
他の中心導体である。

【００４９】更に、この実施の形態４では、略四角形状
のキャビティの一辺がスロット６に近接するように複数
のスルーホール９が配列されている。これ以外の構成は
実施の形態１と同様であり同一の符号を付して説明を省
略する。

【００５０】そして、このように１／４波長の長さのキ
ャビティをスロット６の一方にのみ形成したとしても、
上記図２を参照すれば明らかなようにキャビティでの反
射波はスロット６の位置において同相となるので、やは
り、パラレルプレートモードなどのＴＥＭモードの反射
波の伝播を抑制することができる。

【００５１】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、キャビティがスロット６の一方向に延びるように形
成されているので、少なくともその延在させた方向にお
いてはスルーホール９とスロット６との間隔が送受信波
の波長の１／４以上、１／２以下となる範囲内となる間
隔に形成されているので、反射波の伝播に起因するエネ
ルギーロスは抑制され、送受信波の狭帯域化などの送受
信波自体の放射特性に影響を及ぼすことなく、両地導体
１，５を流れる電流を効率よくアンテナから放射させる
ことができる効果がある。

【００５２】また、この実施の形態４では、上記延在さ
せたのとは反対側においてはスルーホール９をスロット
６に近接して配置しているので、キャビティの寸法を略
半分にすることができ、その分隣に配設されるアンテナ
との間隔を十分に確保でき、多数のアンテナをアレイ構
造にした場合であっても各アンテナに対する給電線の経
路を確保しつつ、本願発明によってＴＥＭモードの反射
波の伝播を抑制することができる。

【００５３】したがって、一般的にアレイアンテナでは
素子間隔を１波長以下にする必要があり、特にフェーズ
ドアレイでビームを捜走査する場合には約１／２波長間
隔に素子を配列する必要があるが、この実施の形態のよ
うに構成することで、給電回路を配回するためのスペー
スを確保しつつ本願発明の効果を得ることができる。

【００５４】実施の形態５．図９はこの発明の実施の形
態５によるトリプレート線路給電型マイクロストリップ
アンテナの構成を示す構成図である。図において、２３
はグランド面（地導体）を有するＭＭＩＣ（Ｍｏｎｏｌ
ｉｔｈｉｃ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅ
ｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、２４はこのＭＭＩＣ２３と第一
中心導体３との間に配設される第一誘電体、２５は第一
中心導体３と第二地導体５との間に配設される第二誘電
体、２６はＭＭＩＣ２３と第一中心導体３とを電気的に
接続する金ワイヤ、２７はこの金ワイヤ２６の取り付け
位置に対応する位置に形成され、当該金ワイヤ２６を取
り付ける際に利用される空洞である。なお、上記ＭＭＩ
Ｃ２３には、整合回路，移相器，増幅器などが一体化さ
れている。

【００５５】そして、この実施の形態５では、第二誘電
体２５は第一誘電体２４よりも厚く形成されており、こ
れによりＭＭＩＣ２３のグランド面と第二地導体５とで
所定の特性インピーダンスとなるトリプレート線路を形
成することができる。これ以外の構成および動作は実施
の形態１と同様であり省略する。

【００５６】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、第一中心導体３は、ＭＭＩＣ２３のグランド面と第
二地導体５との中間位置からオフセットされた位置に配
設されているので、このオフセット量に応じてインピー
ダンスを変化させることができる。したがって、整合回
路などを別途設けなくとも入力インピーダンスを整合さ
せることができる。

【００５７】また、例えばスロット６が開設された第二
地導体５と第一中心導体３との間隔を狭くした場合に
は、スロット６からみて第一中心導体３が近くなるの
で、第一中心導体３と放射導体８との結合を強くするこ
とができ、パラレルプレートモードなどのＴＥＭモード
の反射波の発生自体を抑制することができ、パラレルプ
レートモードなどのＴＥＭモードの反射波をより一層低
減させることができ、反射波の伝播に起因するエネルギ
ーロスは更に抑制され、ＭＭＩＣ２３のグランド面と第
二地導体５を流れる電流を更に効率よくアンテナから放
射させることができる効果がある。

【００５８】そして、フェーズドアレイを構成するため
には１素子あるいはサブアレイアンテナごとに整合回
路，移相器，増幅器等が必要となるため、平面構造に実
装すると共に回路規模によっては多層構造に実装する必
要が生じる。ＭＭＩＣ２３はいわゆるマイクロ波回路で
あるアクティブ素子と整合回路を一体化によって構成し
たものでありこのような小型化には適している。ところ
が、ＭＭＩＣ２３は通常パッケージ中に挿入されて気密
構造あるいはそれ相応の構成がとられているためこのパ
ッケージとアンテナとの接続が必要となってしまい、ア
ンテナも含めると大型化し複雑な構成になってしまう。
そこでこの実施の形態のように、セラミック基板でパッ
ケージを構成し、同じくセラミック基板に給電線路を構
成すればアンテナ素子とＭＭＩＣの一体化構成ができ、
小型にすることができる。

【００５９】この場合、通常ＭＭＩＣ２３は０．１ｍｍ
程度の基板圧厚であるため、給電回路の厚さとは異なる
のが一般的である。そして、基板厚が異なる線路である
ＭＭＩＣ２３，中心導体３間を金ワイヤあるいは金リボ
ンで接続するとその接続部での反射が大きくなり、ミス
マッチロスが増加してしまうことになる。そこで、トリ
プレート線路の上下の誘電体厚を異なる厚さとして、下
層側はＭＭＩＣ２３基板厚とほぼ同程度になるように薄
くすれば、接続部での反射を小さくすることができる。
さらに、上層側に金ワイヤ２６あるいは金リボンを取り
付ける空洞２７を形成した場合には、金ワイヤ２６と第
二地導体５との距離があまりにも接近しすぎるとインピ
ーダンスの不整合や金ワイヤ２６と第二地導体５とのシ
ョートの問題がある。よって、この第二誘電体２５を厚
い誘電体板とする効果がある。トリプレート線路の上下
の誘電体の厚さを異ならせてしまうと特性インピーンス
が変化してしまうが、基板厚に応じて線路幅を調整すれ
ばよくトリプレート線路自体の特性に影響を残してしま
うことはない。なお、ここではＭＭＩＣ２３との接続に
ついて説明したがハイブリッド回路，マイクロストリッ
プ線路，トリプレート線路，コプレーナ線路などの組合
せの接続であっても同様である。

【００６０】よって、この発明の実施の形態５では，ト
リプレート線路の上下の誘電体基板厚を変えて下層の基
板厚をＭＭＩＣと比較的近い基板厚とすることで接続部
での反射を小さくすることができる効果がある。

【００６１】なお、ここでは金ワイヤを使用したが金リ
ボンであってもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、トリ
プレート線路の中心導体とスロットとが重なる位置か
ら、当該中心導体を介して送受信される電波の波長の１
／４以上、１／２以下となる範囲内において、当該スロ
ットの周囲全体を囲むように一対の地導体同士を電気的
に接続して、その内側と外側とを電気的に遮蔽する遮蔽
部材を備えたので、この遮蔽部材と一対の地導体とで上
記スロットを開口とする薄形のキャビティが形成され
る。また、このキャビティは送受信される電波の波長の
１／４以上、１／２以下の長さに形成されているので、
スロットから発生する反射波はこのキャビティの側面で
反射され、スロット上で同相となり、伝播しなくなる。
従って、当該反射波の伝播に起因するエネルギーロスは
抑制され、両地導体を流れる電流を効率よくアンテナか
ら放射させることができる効果がある。

【００６３】また、トリプレート線路の中心導体とスロ
ットとが重なる給電点から送受信波の波長の１／４以
上、１／２以下離間させた位置において、一対の地導体
をショートさせているので、給電点における入力インピ
ーダンス特性は変化せず、送受信波の狭帯域化などの送
受信波自体の放射特性に影響を及ぼすことはない。

【００６４】この発明によれば、上記スロットの周囲全
体を囲むように一対の地導体同士を電気的に接続して、
その内側と外側とを電気的に遮蔽する遮蔽部材を備え、
かつ、その遮蔽部材と当該スロットとの間隔は、少なく
とも当該スロットの一側面側において、上記中心導体を
介して送受信される電波の波長の１／４以上、１／２以
下となる範囲内となる間隔に形成されているので、この
遮蔽部材と一対の地導体とで上記スロットを開口とする
薄形のキャビティが形成される。また、このキャビティ
は送受信される電波の波長の１／４以上、１／２以下の
長さに形成されているので、スロットから発生する反射
波はこのキャビティの側面で反射され、スロット上で同
相となり、伝播しなくなる。従って、当該反射波の伝播
に起因するエネルギーロスは抑制され、両地導体を流れ
る電流を効率よくアンテナから放射させることができる
効果がある。

【００６５】また、トリプレート線路の中心導体とスロ
ットとが重なる給電点から送受信波の波長の１／４以
上、１／２以下離間させた位置において、一対の地導体
をショートさせているので、給電点における入力インピ
ーダンス特性は変化せず、送受信波の狭帯域化などの送
受信波自体の放射特性に影響を及ぼすことはない。

【００６６】この発明によれば、遮蔽部材は、一対の地
導体同士を電気的に接続する複数のスルーホールあるい
はビアホールであるので、遮蔽部材を容易に形成するこ
とができる。しかも、１，２箇所のスルーホールに断線
が発生したとしても、それにより内部の電磁界分布が非
対称に乱れてしまうことはなく、入力インピーダンス特
性の変化や、非対称励振による放射電波中の交差偏波成
分の上昇などの問題が生じることもなく、上述した効果
を容易に得ることができる効果がある。

【００６７】この発明によれば、一対の地導体、この間
に配設された中心導体、および、この中心導体と各地導
体との間に配設された１組の給電用誘電体からなるトリ
プレート線路と、上記地導体のうちの一方に、上記中心
導体の端部に対応する位置に開設されたスロットと、こ
のスロットに重なるように上記一方の地導体上に配設さ
れた放電用誘電体と、この放電用誘電体に重ねて配設さ
れた放射導体とを備え、上記中心導体と放射導体とを当
該スロットを介して電磁気的に結合させて当該中心導体
による給電電圧に応じた電波を放射導体から放射させる
トリプレート線路給電型マイクロストリップアンテナに
おいて、上記スロットの周囲全体を囲んでその内側と外
側とを電気的に遮蔽するように、一対の地導体同士を電
気的に接続する複数のスルーホールあるいはビアホール
を設け、さらに、その複数のスルーホールあるいはビア
ホールと当該スロットとの間隔は、少なくとも当該スロ
ットの一側面側において、上記中心導体を介して送受信
される電波の波長の１／４以上、１／２以下となる範囲
内となる間隔に形成されているので、この遮蔽部材と一
対の地導体とで上記スロットを開口とする薄形のキャビ
ティが形成される。また、このキャビティは送受信され
る電波の波長の１／４以上、１／２以下の長さに形成さ
れているので、スロットから発生する反射波はこのキャ
ビティの側面で反射され、スロット上で同相となり、伝
播しなくなる。従って、当該反射波の伝播に起因するエ
ネルギーロスは抑制され、両地導体を流れる電流を効率
よくアンテナから放射させることができる効果がある。

【００６８】また、トリプレート線路の中心導体とスロ
ットとが重なる給電点から送受信波の波長の１／４以
上、１／２以下離間させた位置において、一対の地導体
をショートさせているので、給電点における入力インピ
ーダンス特性は変化せず、送受信波の狭帯域化などの送
受信波自体の放射特性に影響を及ぼすことはない。同時
に、１，２箇所のスルーホールに断線が発生したとして
も、それにより内部の電磁界分布が非対称に乱れてしま
うことはなく、入力インピーダンス特性の変化や、非対
称励振による放射電波中の交差偏波成分の上昇などの問
題が生じることもない。

【００６９】この発明によれば、給電用誘電体はセラミ
ックで形成されているので、スルーホールなどを容易に
開設して上記キャビティを効率よく且つ通常の半導体製
造プロセスでもって形成することができる効果がある。

【００７０】この発明によれば、放電用誘電体は給電用
誘電体よりも小さい誘電率の材料で形成されているの
で、例えば、放電用誘電体をシアネート系レジンあるい
はビスマレイミドートリアジンで形成するとともに、給
電用誘電体をセラミックで形成した場合のように、給電
途中における効率よい伝送と、放射導体の効率のよい駆
動とを両立させることができ、両地導体を流れる電流を
効率よくアンテナから放射させることができる効果があ
る。

【００７１】この発明によれば、中心導体は、その先端
部から送受信電波の１／２波長までの部位がそれ以外の
部位とは異なる線路幅に形成され、終端が開放されたス
タブ構造に形成されているので、別途整合回路などを設
けなくとも入力インピーダンスを整合させることができ
る効果がある。

【００７２】この発明によれば、中心導体は、一対の地
導体の中間位置からオフセットされた位置に配設されて
いるので、このオフセット量に応じてインピーダンスを
変化させることがてきる。したがって、別途整合回路な
どを設けなくとも入力インピーダンスを整合させること
ができる。また、例えばスロットが開設された地導体と
の間隔を狭くした場合には、スロットからみて中心導体
が近くなるので、中心導体と放射導体との結合を強くす
ることができ、パラレルプレートモードなどのＴＥＭモ
ードの反射波の発生自体を抑制することができ、パラレ
ルプレートモードなどのＴＥＭモードの反射波をより一
層低減させることができ、反射波の伝播に起因するエネ
ルギーロスは更に抑制され、両地導体を流れる電流を更
に効率よくアンテナから放射させることができる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１によるトリプレート
線路給電型マイクロストリップアンテナの構成を示す構
成図である。

【図２】 この発明の実施の形態１によるトリプレート
線路給電型マイクロストリップアンテナを励振した状態
において、パラレルプレートモードなどのＴＥＭモード
の反射波の伝播の抑制動作を説明するため説明図であ
る。

【図３】 この発明の実施の形態１によるトリプレート
線路給電型マイクロストリップアンテナにおける電場を
示す説明図である。

【図４】 この発明の実施の形態１において、ｌ＝Ｖｓ
と入力インピーダンスとの関係を説明するインピーダン
ス線図である。

【図５】 この発明の実施の形態１において、ｌ＝Ｖｓ
とトリプレート線路上の定在波比（ＶＳＷＲ：Ｖｏｌｔ
ａｇｅ Ｓｔａｎｄｉｎｇ Ｗａｖｅ Ｒａｔｉｏ）と
の関係を説明するインピーダンス線図である。

【図６】 この発明の実施の形態２によるトリプレート
線路給電型マイクロストリップアンテナの構成を示す構
成図である。

【図７】 この発明の実施の形態３によるトリプレート
線路給電型マイクロストリップアンテナの構成を示す構
成図である。

【図８】 この発明の実施の形態４によるトリプレート
線路給電型マイクロストリップアンテナの構成を示す構
成図である。

【図９】 この発明の実施の形態５によるトリプレート
線路給電型マイクロストリップアンテナの構成を示す構
成図である。

【図１０】 従来のトリプレート線路給電型マイクロス
トリップアンテナの構成を示す断面図である。

【図１１】 従来のトリプレート線路給電型マイクロス
トリップアンテナにおけるスロット周辺部の電解分布を
示す説明図である。

【図１２】 従来のトリプレート線路給電型マイクロス
トリップアンテナの構成を示す図である。

【図１３】 従来の他のトリプレート線路給電型マイク
ロストリップアンテナの構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 第一地導体（地導体）、２ 第一誘電体（給電用誘
電体）、３ 第一中心導体（中心導体）、４ 第二誘電
体（給電用誘電体）、５ 第二地導体（地導体）、６
スロット、７ 第三誘電体（放電用誘電体）、８ 放射
導体、９ スルーホール（遮蔽部材）、１６ 整合スタ
ブ部（スタブ構造）。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の地導体と、この地導体の間に配設
   された中心導体と、この中心導体の端部に対応する位置
   に開設されたスロットと、このスロットに重なる位置に
   配設された放射導体とを備え、上記中心導体と放射導体
   とを当該スロットを介して電磁気的に結合させて当該中
   心導体による給電電圧に応じた電波を放射導体から放射
   させるトリプレート線路給電型マイクロストリップアン
   テナにおいて、中心導体とスロットとが重なる位置か
   ら、当該中心導体を介して送受信される電波の波長の１
   ／４以上、１／２以下となる範囲内において、当該スロ
   ットの周囲全体を囲むように一対の地導体同士を電気的
   に接続して、その内側と外側とを電気的に遮蔽する遮蔽
   部材を備えたことを特徴とするトリプレート線路給電型
   マイクロストリップアンテナ。
2. 【請求項２】 一対の地導体と、この地導体の間に配設
   された中心導体と、この中心導体の端部に対応する位置
   に開設されたスロットと、このスロットに重なる位置に
   配設された放射導体とを備え、上記中心導体と放射導体
   とを当該スロットを介して電磁気的に結合させて当該中
   心導体による給電電圧に応じた電波を放射導体から放射
   させるトリプレート線路給電型マイクロストリップアン
   テナにおいて、上記スロットの周囲全体を囲むように一
   対の地導体同士を電気的に接続して、その内側と外側と
   を電気的に遮蔽する遮蔽部材を備え、かつ、その遮蔽部
   材と当該スロットとの間隔は、少なくとも当該スロット
   の一側面側において、上記中心導体を介して送受信され
   る電波の波長の１／４以上、１／２以下となる範囲内と
   なる間隔に形成されていることを特徴とするトリプレー
   ト線路給電型マイクロストリップアンテナ。
3. 【請求項３】 遮蔽部材は、一対の地導体同士を電気的
   に接続する複数のスルーホールあるいはビアホールであ
   ることを特徴とする請求項１または請求項２記載のトリ
   プレート線路給電型マイクロストリップアンテナ。
4. 【請求項４】 一対の地導体、この間に配設された中心
   導体、および、この中心導体と各地導体との間に配設さ
   れた１組の給電用誘電体からなるトリプレート線路と、
   上記地導体のうちの一方に、上記中心導体の端部に対応
   する位置に開設されたスロットと、このスロットに重な
   るように上記一方の地導体上に配設された放電用誘電体
   と、この放電用誘電体に重ねて配設された放射導体とを
   備え、上記中心導体と放射導体とを当該スロットを介し
   て電磁気的に結合させて当該中心導体による給電電圧に
   応じた電波を放射導体から放射させるトリプレート線路
   給電型マイクロストリップアンテナにおいて、上記スロ
   ットの周囲全体を囲んでその内側と外側とを電気的に遮
   蔽するように、一対の地導体同士を電気的に接続する複
   数のスルーホールあるいはビアホールを設け、さらに、
   その複数のスルーホールあるいはビアホールと当該スロ
   ットとの間隔は、少なくとも当該スロットの一側面側に
   おいて、上記中心導体を介して送受信される電波の波長
   の１／４以上、１／２以下となる範囲内となる間隔に形
   成されていることを特徴とするトリプレート線路給電型
   マイクロストリップアンテナ。
5. 【請求項５】 給電用誘電体はセラミックで形成されて
   いることを特徴とする請求項４記載のトリプレート線路
   給電型マイクロストリップアンテナ。
6. 【請求項６】 放電用誘電体は給電用誘電体よりも小さ
   い誘電率の材料で形成されていることを特徴とする請求
   項４記載のトリプレート線路給電型マイクロストリップ
   アンテナ。
7. 【請求項７】 放電用誘電体をシアネート系レジンある
   いはビスマレイミド−トリアジンで形成するとともに、
   給電用誘電体をセラミックで形成したことを特徴とする
   請求項６記載のトリプレート線路給電型マイクロストリ
   ップアンテナ。
8. 【請求項８】 中心導体は、その先端部から送受信電波
   の１／２波長までの部位がそれ以外の部位とは異なる線
   路幅に形成され、終端が開放されたスタブ構造に形成さ
   れていることを特徴とする請求項１、請求項２および請
   求項４のうちのいずれか1項記載のトリプレート線路給
   電型マイクロストリップアンテナ。
9. 【請求項９】 中心導体は、一対の地導体の中間位置か
   らオフセットされた位置に配設されていることを特徴と
   する請求項１、請求項２および請求項４のうちのいずれ
   か1項記載のトリプレート線路給電型マイクロストリッ
   プアンテナ。