JPH04122107A

JPH04122107A - マイクロストリップアンテナ

Info

Publication number: JPH04122107A
Application number: JP24356290A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Shiyouki; 裕樹庄木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1992-04-22

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、高次モードにより共振してコニカルビームを
放射するマイクロストリップアンテナに関する。

（従来の技術）マイクロストリップアンテナは、製作が容易でかつ薄型
化や軽量化に適しており、またＭＭＩＣ（モノリシック
マイクロ波集積回路）デバイスなどを利用したアンプな
どのアクティブ素子や給電回路などを組み込むことも可
能であるため、衛星搭載用アンテナや移動体用アンテナ
を始めとして多方面の利用が考えられている。

中でも、スロット結合給電型マイクロストリップアンテ
ナに代表される電磁結合型のアンテナは、多層構造に適
しており、上下の層の間を電気的に接続することが少な
くて済むため、製作がさらに簡単になるという利点があ
る。

また、こうしたマイクロストリップアンテナをアレー化
することで、ビーム走査や低サイドローブ化など高機能
なアンテナを実現できる。

ところで、例えば円形マイクロストリップアンテナをア
レー化した場合には、基本モードであるＴＭＩＩモード
で共振させて使用するのが一般的である。

しかし、我が国において移動体搭載用の衛星通信アンテ
ナとして使用する場合には、第７図に示すように、地上
から静止衛星を見込む角度が天頂よりＢＯ度程度となる
ため、天頂方向に主ビームが向く基本モードにより共振
するアンテナ（同図（ａ））よりもコニカルビームを放
射する例えば７Ｍ２１モードなどの高次モードにより共
振するアンテナ（同図（ｂ））の方がアレーアンテナの
素子として都合が良い。

ところが、マイクロストリップアンテナを７Ｍ２１モー
ドで共振させるためには、アンテナ素子の径を大きくす
る必要があるため、グレーティングローブを発生させな
いような条件の間隔でアンテナ素子を配列させることは
困難である。

そこで、アンテナ素子を誘電率の高い誘電体基板を用い
て、アンテナ素子の径を小さくすることが考えられるが
、この場合誘電体損失が大きくなったり、帯域が狭くな
るなどの問題を生じる。

（発明が解決しようとする課題）このように高次モードで共振するマイクロストリップア
ンテナをアンテナ素子として用いた従来のアレーアンテ
ナでは、アンテナ素子の径が大きくなるため、グレーテ
ィングローブを発生させないような条件の間隔でアンテ
ナ素子を配列させることは困難である。そのため、アン
テナ素子を誘電率の高い誘電体基板を用いて、アンテナ
素子の径を小さくすることが考えられるが、この場合誘
電体損失が大きくなったり、帯域が狭くなるなどの問題
を生じる。

本発明は、このような事情に基づき成されたもので、誘
電体基板の誘電率を抑えつつ、アンテナ素子の径を小さ
くすることができるマイクロストリップアンテナを提供
することを目的としている。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、上記課題を解決するため、４つのスロットが
十字状に設けられた導体板と、この導体板に設けられた
少なくとも一つのスロットに給電する給電手段と、前記
導体板と対向するよう配置され、前記４つのスロットに
より励振される円形放射素子とを具備するものである。

また、第２の発明は、６つのスロットがほぼ等間隔に放
射状に設けられた導体板と、この導体板に設けられた少
なくとも一つのスロットに給電する給電手段と、前記導
体板と対向するよう配置され、前記６つのスロットによ
り励振される円形放射素子とを具備するものである。

（作　用）本発明では、導体板に設けられた少なくとも一つのスロ
ットに給電することで、各スロットに電磁界が誘起され
、この電磁界により円形放射素子が励振される。その際
、導体板に設けられたスロットの長さおよび幅に応じて
高次モードの共振周波数を制御することができるので、
スロットの長さおよび幅を適当な値に設定すれば、重体
基板の誘電率を抑えつつ、径を小さくすることができる
。

（実施例）以下、本発明の実施例の詳細を図面に基づき説明する。

第１図（ａ）は本発明の一実施例に係るマイクロストリ
ップアンテナの縦断面図、同図（ｂ）はその平面図、同
図（Ｃ）はＣＣ断面矢視図、同図（ｄ）はｄｄ断面矢視
図である。

同図に示すマイクロストリップアンテナは、３枚の誘電
体基板１．２．３を積層して構成される。

第１の誘電体基板１の表面には、薄い導体膜からなる円
形放射素子４が形成されている。

第２の誘電体基板１の表面には、全面に薄い導体膜から
なる導体板５が形成されるとともに、４つのスロット６
．７，８．９が十字状に設けられている。これらスロッ
ト６．７，８．９による交差中心１０は、円形放射素子
４の中心１１と一致するように設けられている。

第３の誘電体基板３の表面には、４つのスロット６．７
，８．９のうち１つのスロット（ここでは、スロット６
とする。）と所定の位置で交差するよう中心導体１２が
形成されている。第３の誘電体基板３の裏面には、全面
に薄い導体膜からなる地導体１３が形成されるとともに
、中心導体１２と地導体１３とに接続されたコネクタ１
４が設けられている。

コネクタ１４には、ＲＦ倍信号入出力される。

導体板５、中心導体１２および地導体１３は、スロット
６に対して給電を行うトリプレート線路として機能する
。

なお、誘電体基板１．２．３上の導体は、例えば基板表
面に薄い導体膜のパターンをエツチングすることにより
形成される。

次に、このように構成されたマイクロストリップアンテ
ナの動作を説明する。

トリプレート線路よりスロット６に給電すると、４つの
スロット６．７，８．９にそれぞれ電磁界が誘起される
。

そして、これらの電磁界により円形放射素子４が励振さ
れ電波が放射される。

このとき、マイクロストリップアンテナ下部の電磁界と
各スロット６．７，８．９との関係は、第２図に示すよ
うに、磁界の方向と各スロット６゜７．８．９の方向が
一致するものとなり、７Ｍ２１モードが励振しやすくな
る。

ここで、ＴＭ２１モードの共振周波数を決定する最も重
要なパラメータは円形放射素子４の径であるが、各スロ
ット６．７，８．９の長さも共振周波数に関係し、各ス
ロット６．７，８．９の長さを大きくしていくことで共
振周波数を円形放射素子４によって決まる共振周波数よ
りも低くすることができる。すなわち、本実施例のマイ
クロストリップアンテナでは、スロット６．７，８．９
を十字状に設けたことで、比較的小さな径の円形放射素
子４によりＴＭ２１モードを励振することができる。

また、本実施例のマイクロストリップアンテナでは、少
なくとも一つスロット６に給電を行えば良いため、構成
が簡単化される。

さらに、トリプレート線路を用いているため、１／４波
長変成器やオーブンスタブなどを容易に構成でき、スロ
ットと線路との整合をとるのが容易である。

次に、本発明の詳細な説明する。

第３図はコネクタ１４からみた反射特性の測定結果であ
る。

ここでは、円形放射素子４の半径を３２■、スロット６
．７，８．９の長さを２２ｓｉ＋、誘電体基板１゜２．
３の比誘電率を２．５５とした。

同図に示す測定結果から、７Ｍ２１モードの共振周波数
が２１４１ＭＨｚであることが分かる。すなわち、円形
放射素子４の半径の半径が０．２２８λ（λは自由空間
波長）程度で７Ｍ２１モードの共振が起こっていること
になる。

これは、円形マイクロストリップアンテナの７Ｍ２１モ
ードの共振する放射半径が一点給電の場合０，３λ前後
であるから、非常に小さい放射素子により高次モードの
励振が可能であることを示している。

第４図はこのアンテナの放射指向性の測定結果を示して
いる。

同図に示す結果から、７Ｍ２１モードの励振のときに生
じるコニカルビームが形成さレテいることが分かる。

かくして、−点給電の放射素子の場合、アンテナ素子間
隔が大きくなりビーム走査の際にグレーティングローブ
が多く発生し利得が下がる。これに対し、本発明のマイ
クロストリップアンテナによれば、半径の小さな放射素
子によりＴＭモードが共振されるので、アレー化してビ
ーム走査を行った場合にも利得が下がらず有効である。

なお、以上の実施例は、スロットへの給電手段としてト
リプレート線路を用いていたが、給電手段としてマイク
ロストリップ線路を用いても同様の効果を得ることがで
きる。そして、いずれの給電手段を用いても、電磁界結
合型の給電を行っていることから、上下の層を電気的に
接続する必要がなく製作が容易である。

また、本発明のマイクロストリップアンテナが各線路を
層状に構成できることから、多層構造によりアンテナ全
体を薄くでき、また各層の中にアレー化や円偏波化した
場合の給電回路やＭＭＩＣによるデバイスを組み込むこ
とが容易である。

さらに、本発明のマイクロストリップアンテナは、円形
放射素子４の中心１１とスロット６．７゜８．９の交差
中心１０とを電気的に接続することにより、ＴＭ１２や
７Ｍ２２モードなどの不要な高次モードの発生を防止す
ることができる。その際、電気的接続を金属製のビスを
用いることで、多層構造の各基板間を強く固定できる。

また、円形放射素子４の中心１１を上下に同軸の線路を
通すことで、このアンテナの上部に周波数、偏波や放射
指向性の異なる別のアンテナを共用して使用することが
できる。その際、上下のアンテナの偏波を変え、これら
２つのアンテナをＴ分岐やハイブリッドなどによって接
続することにより、円偏波アンテナを構成できる。

第５図はこうした円偏波アンテナの構成例を示す図であ
る。

同図（ａ）はこの円偏波アンテナの縦断面図、同図（ｂ
）はその平面図、同図（Ｃ）はｃｃ断面矢視図、同図（
ｄ）はｄｄ断面矢視図、同図（ｅ）はｅｅ断面矢視図、
同図（ｆ）はｆｆ断面矢視図、同図（ｇ）はｇｇ断面矢
視図である。

同図において、２１．２７は円形放射素子、２３．２９
は各々４つのスロット４１．４２，４３゜４４及び５１
．５２．５３．５４が十字状に設けられた導体板、２５
はトリプレート線路、３１は円偏波給電のためのＴ分岐
を含むトリプレート線路、３３は地導体、３４はコネク
タ、３５は上部アンテナへの給電を行うための同軸線路
、２２゜２４．２６，２８，３０．３２は誘電体基板を
示している。

このように構成された円偏波アンテナは、上下の各々３
層により別々の偏波を放射するアンテナとされており、
上下の各アンテナはそれぞれ第１図に示したアンテナと
同様に動作をする。

そして、上下の各アンテナの放射素子の半径およびスロ
ットの大きさを調整することにより容易に同じ周波数で
共振させることができ、各アンテナへの給電線をＴ分岐
で分配し、２つの偏波に所望の位相差を与えることによ
り円偏波を合成することができる。

以上の実施例は、高次モードとして７Ｍ２１モードの場
合について説明したが、さらに高次の１Ｍ３１モードの
場合にも同様の構成によりコニカルビームを放射させる
ことが可能である。この場合、第１図（ｃ）に示した導
体板５を、第６図に示すように、６つのスロット６１，
６２，６３゜６４．６５．６６がほぼ等間隔に放射状に
設けられた導体板６７とすれば良い。

［発明の効果］以上説明したように本発明によれば、導体板に４つのス
ロットを十字状に設け、少なくとも一つのスロットに給
電するようにしたので、電体基板の誘電率を抑えつつ、
アンテナ素子の径を小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るマイクロストリップア
ンテナの構成を示す図、第２図は第１図に示すマイクロ
ストリップアンテナの動作を説明するための図、第３図
および第４図は本発明の実験結果を示す図、第５図およ
び第６図は本発明の他の実施例を説明するための図、第
７図は従来例を説明するための図である。１．２．３・・・誘電体基板、４・・・円形放射素子、
５・・・導体板、６，７，８．９・・・スロット、１０
・・・スロットによる交差中心、１１・・・円形放射素
子の中心、１２・・・中心導体、１３・・・地導体、１
４・・・コネクタ。出願人　　　　　　株式会社　東芝代理人　弁理士　　須　山　佐　− （ａ）第図す第２図「０（ａ）第第５更第５− （ｇ）第５１

Claims

【特許請求の範囲】

（１）４つのスロットが十字状に設けられた導体板と、この導体板に設けられた少なくとも一つのスロットに給
電する給電手段と、前記導体板の面に対向するように配置され、前記４つの
スロットにより励振される円形放射素子とを具備することを特徴とするマイクロストリップアンテ
ナ。
（２）６つのスロットがほぼ等間隔に放射状に設けられ
た導体板と、この導体板に設けられた少なくとも一つのスロットに給
電する給電手段と、前記導体板の面に対向するように配置され、前記６つの
スロットにより励振される円形放射素子とを具備することを特徴とするマイクロストリップアンテ
ナ。