JP4892498B2 - マイクロストリップアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、マイクロストリップアンテナに係り、更に詳しくは、誘電体基板上にストリップ線路が形成された平面アンテナ、例えば、車載用ミリ波レーダに使用されるミリ波用アンテナの改良に関する。

近年、自動車の周辺環境を監視するための車載レーダとして、ミリ波レーダが実用化されつつある。ミリ波レーダは、レーダ信号として波長１〜１０ｍｍのミリ波を用いており、比較的分解能の高いレーダ装置を実現することができる。また、ミリ波レーダは、送受信アンテナとしてマイクロストリップアンテナを採用することができ、装置の小型軽量化が容易であり、マイクロストリップアンテナは量産化によるコスト低減効果も大きいと考えられる。このような事情から、車載用ミリ波レーダに用いられるマイクロストリップアンテナについて、種々の提案がなされている（例えば、特許文献１）。

図８は、従来のマイクロストリップアンテナの一構成例を示した斜視図である。このマイクロストリップアンテナ１０１は、誘電体基板１の前面にストリップ線路２が形成され、背面に接地板３が設けられた平面アンテナである。ストリップ線路２は、直線状に延びる給電線路２０と、同位相で励振させるように、当該給電線路２０から分岐させた複数の放射素子２３１〜２３６（２３と総称する）とによって直線アレーが形成されている。このようなアンテナは、コムラインアンテナ（comb-line antenna）と呼ばれている。

コムラインアンテナは、放射素子２３の数を増やすことによって、その指向性を向上させ、アンテナ利得を増大させることができる。しかしながら、実際には、放射素子２３の数を増大させたとしても、各放射素子２３から適切な電力を放射させることができなければ、コムラインアンテナの指向性を向上させることはできない。

コムラインアンテナは、給電線路２０を介して、給電点２１から開放端２２へ進行波を伝搬させ、当該進行波が各放射素子２３を励振させる進行波励振を行っている。すなわち、各放射素子２３は、給電線路２０を介して供給された入力電力の一部を自由空間へ放射させ、残りの電力を給電線路２０上において透過又は反射させている。このため、各放射素子２３に到達するのは、前段の放射素子２３を透過した進行波だけであり、給電点２１から遠くなるほど、放射素子２３への入力電力は減少し、当該放射素子２３からの放射電力も小さくなる。

図９は、給電線路２０と放射素子２３との結合位置における入力電力Ｐ１、反射電力Ｐ２、放射電力Ｐ３及び透過電力Ｐ４の関係を示した説明図である。入力電力Ｐ１は、上記結合位置において反射され、給電線路２０上を逆向きに伝搬する反射電力Ｐ２と、放射素子２３によって自由空間に放射される放射電力Ｐ３と、上記結合位置を透過し給電線路２０上を更に伝搬する透過電力Ｐ４に分かれる。つまり、Ｐ１＝Ｐ２＋Ｐ３＋Ｐ４となっている。また、放射素子２３の放射効率は、入力電力Ｐ１及び反射電力Ｐ２の差に対する放射電力Ｐ３の比として与えられる。従って、放射効率が同じであれば、反射電力Ｐ２が大きくなるほど、透過電力Ｐ４が小さくなり、次段の放射素子２３への入力電力が小さくなることがわかる。

図１０は、改良された従来のマイクロストリップアンテナの一構成例を示した斜視図である。このマイクロストリップアンテナ１０２は、各放射素子２３の形状を個別に設計し、給電点２１から遠くなるほど、放射素子２３の素子幅を太くし、放射効率が高くなるように構成されている。各放射素子２３における放射電力は、入力電力及び放射効率によって決まり、放射効率は放射素子２３の形状によって変化する。このため、図１０のマイクロストリップアンテナ１０２では、各放射素子２３の素子幅を異ならせ、各放射素子２３から適切な電力が放射されるように設計されている。

この様にして放射素子２３の素子幅を異ならせて、その放射効率を制御しようとする場合、各放射素子２３における反射電力を制御することが難しく、放射素子２３における反射電力を増大させてしまう。その結果、放射素子２３の数を増やしても、思うように指向性を向上させることができなくなる。それに加えて、増大した反射電力が他の放射素子２３から放射されることによって、アンテナの指向性を劣化させてしまうという新たな問題が生じてしまう。

図１１は、改良された従来のマイクロストリップアンテナの他の構成例を示した斜視図である。このマイクロストリップアンテナ１０３は、放射素子２３からλｇ／４の位置に、更に放射素子２３’が設けられている。λｇは、給電線路２０上を伝搬する進行波の波長（管内波長）である。対をなす放射素子２３及び２３’はλｇ／４の間隔で配置されているため、これらの放射素子２３及び２３’における反射波は、給電線路２０上において逆位相で合成され、互いに打ち消し合うことになる。このため、放射素子２３’を設けることによって、放射素子２３からの反射波を抑圧することができる。

しかしながら、対をなす放射素子２３’は、放射素子２３の反射波を抑圧するだけでなく、それ自身が放射素子としても機能し、不要波を放出するという新たな問題を発生させる。対をなす放射素子２３及び２３’の間隔はλｇ／４であることから、放射素子２３及び２３’の放射波は位相が９０度ずれており、アンテナの正面方向以外のサイドローブレベルが上昇する結果となる。つまり、放射素子２３’を設けることによって、マイクロストリップアンテナ１０２の指向性が劣化し、正面方向の利得を低下させてしまうという問題があった。
特開２００１−４４７５２号公報の図１、図９及び図２４

上述したとおり、高利得のマイクロストリップアンテナを実現するためには、各放射素子に対し、適切に放射電力が分配されるように各放射素子の形状を設計し、その指向性を向上させる必要があった。しかしながら、そのためには、各放射素子２３の放射効率を個別に制御するのに加えて、各放射素子２３において生じる反射波を抑圧しなければならない。

しかしながら、従来の反射抑圧方法は、２つの放射素子をλｇ／４の間隔で配置して反射波を抑圧しようとするものであるため、反射を抑圧することはできたとしても、同時に、不要波を放射させてしまうため、結局、マイクロストリップアンテナの指向性を向上させることができないという問題があった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、高利得のマイクロストリップアンテナを提供することを目的とする。特に、指向性を向上させることにより高利得のマイクロストリップアンテナを実現することを目的とする。また、誘電損失を低減することにより高利得のマイクロストリップアンテナを実現することを目的とする。

第１の本発明によるマイクロストリップアンテナは、前面にストリップ導体が形成され、背面に接地板が形成された誘電体基板からなるマイクロストリップアンテナであって、上記ストリップ導体は、線状に延びる給電線路と、上記給電線路の側辺に沿って所定の間隔で配置され、上記給電線路と交差する方向に互いに平行となるように延び、上記給電線路の管内波長の約１／２となる素子長を有する複数の矩形の放射素子と、上記放射素子からの反射波と略逆相で合成される反射波を生成するように、上記給電線路の側辺に沿って、上記放射素子からの距離が上記管内波長の１／４の奇数倍となる位置に配設され、上記管内波長の１／８以下となる素子長を有する１又は２以上の反射抑圧素子とを有する。

この様な構成により、放射素子からの反射波を反射抑圧素子からの反射波によって抑圧し、当該放射素子による反射電力を減少させることによって、給電点から遠い位置に配設されている放射素子に対しても十分な電力を供給することが可能になる。しかも、反射抑圧素子の素子長を管内波長の１／８以下とすることによって、反射抑圧素子から管内波長の不要波が放射されることもない。つまり、不要波を放射させることなく、各放射素子から所望の電力を放射させることができるので、マイクロストリップアンテナの指向性を容易に向上させることができる。

第２の本発明によるマイクロストリップアンテナは、上記構成に加えて、上記反射抑圧素子が、上記放射素子に対応づけられ、対応する放射素子との間で反射波の位相差が１８０度となる位置に配設されている。この様な構成により、互いに対応する反射抑圧素子及び放射素子からの反射波が略逆位相で合成されるように反射抑圧素子を配設することができる。

第３の本発明によるマイクロストリップアンテナは、上記構成に加えて、上記反射抑圧素子が、対応する放射素子との間で反射波の位相差が１８０度となる複数の位置のうち、当該放射素子に隣接し、かつ、最も近い位置に配設されている。この様な構成により、反射抑圧素子が、対応する放射素子に近く、その他の放射素子から遠い位置に配置させることができ、対応する放射素子からの反射波を効果的に抑圧するとともに、その他の放射素子に与える影響を抑制することができる。

第４の本発明によるマイクロストリップアンテナは、上記構成に加えて、上記放射素子が、その素子幅が互いに異なるように構成される。放射素子による反射を抑圧する反射抑圧素子を設けることによって、放射率の調整を目的として放射素子の素子幅を決定する自由度を高めることができる。このため、反射抑圧素子を設けるとともに、放射素子の素子幅を互いに異ならせることによって、マイクロストリップアンテナの指向性を容易に向上させることができる。なお、各放射素子から放射される電力が適切な値となるように、各放射素子の素子幅を決定すればよく、全ての放射素子の素子幅を異ならせる必要は必ずしもない。

第５の本発明によるマイクロストリップアンテナは、上記構成に加えて、上記誘電体基板が、無機繊維を含むフッ素樹脂からなる。

マイクロストリップアンテナの誘電体基板に、無機繊維を含むフッ素樹脂を用いることにより、誘電体基板の機械的強度を確保しつつ、誘電損失を低減することができるので、高利得のマイクロストリップアンテナを実現することができる。

本発明によれば、給電線路の管内波長の１／８以下の素子長を有する反射抑圧素子を備えることにより、不要波を放射することなく、放射素子による反射を抑圧し、マイクロストリップアンテナの指向性を容易に向上させることができる。また、無機繊維を含むフッ素樹脂からなる誘電体基板を用いることにより、マイクロストリップアンテナの機械的強度を確保しつつ、誘電損失を低減することができる。このような指向性の向上や誘電率の低減によって、高利得のマイクロストリップアンテナを実現することができる。

図１は、本発明によるマイクロストリップアンテナ１００の一構成例を示した斜視図である。また、図２は、図１のストリップ線路２の一部を拡大して示した平面図である。このマイクロストリップアンテナ１００は、平板状に成形された略矩形の誘電体基板１の両面に導電層が形成された平面アンテナである。誘電体基板１は、無機繊維を含むフッ素樹脂からなる。誘電体基板１の前面には、導電性金属箔をエッチング加工することによって形成されたストリップ線路２が設けられる一方、背面には、概ね全面を覆う導電性金属からなる接地板３が設けられ、ストリップ線路２及び接地板３が誘電体基板１を挟んで対向するように配置されている。

ストリップ線路２は、線状の給電線路２０と、当該給電線路２０から分岐させた複数の放射素子２３１〜２３６（２３と総称する）とによって構成されている。給電線路２０を屈曲させた開放端には、整合素子２５が設けられている。これに加えて、本実施の形態によるマイクロストリップアンテナ１００は、給電線路２０から分岐させた複数の反射抑圧素子２４を有している。

給電線路２０は、一定幅で直線状に延伸させた直線形状を有し、その一端には高周波回路（不図示）に接続される給電点２１が形成され、他端は屈曲させた後に整合素子２５が接続されている。整合素子２５は、給電線路２０の開放端において残留電力を反射させないように、給電線路２０の終端部に接続された周知の素子である。また、給電線路２０の両側辺に沿って、複数の放射素子２３及び複数の反射抑圧素子２４が配設されている。

放射素子２３は、給電線路２０と交差する方向に延びる線状又は短冊状の形状を有している。この例では、給電線路２０に対し傾斜する方向、つまり、給電線路２０と９０度以外の角度をなす方向へ、一定の素子幅で直線的に延びている。放射素子２３は、給電線路２０上を伝搬する進行波を自由空間へ放射するための素子であり、一端が給電線路２０に接続され、他端は開放されている。また、放射素子２３の素子長は約λｇ／２となっている。なお、λｇは給電線路２０の管内波長であり、放射素子２３の素子長は、給電線路２０の側辺から、放射素子の開放端までの上記交差方向の長さである。

ストリップ線路２の形状として、図１及び図２では、放射素子２３の端辺の一部のみが給電線路２０の側辺に接続されている例を示したが、放射素子２３の端辺全体を給電線路２０に完全に接続し、給電線路２０側の端辺自体が明示的には存在しない形状のストリップ線路２であってもよい。また、放射素子２３の端辺が、給電線路２０とは接続されることなく、僅かなギャップを介して給電線路２０の側辺に対向して配置され、放射素子２３と給電線路２０とが、形状としては分離されているが、電磁気的に結合しているストリップ線路であってもよい。

多数の放射素子２３のうち、給電線路２０の一方の側辺に沿って形成された第１放射素子２３１〜２３３は、互いに同位相で励振されるように所定の間隔で配置されている。例えば、第１放射素子２３１〜２３３の間隔を管内波長λｇに一致させている。また、第１放射素子２３１〜２３３は、互いに平行となるように配置され、各放射波の偏波面を揃えている。さらに、所望の指向性が得られるように、各放射素子２３１〜２３３の素子幅を異ならせている。この例では、給電点２１から遠くなるほど、放射素子２３の素子幅が大きくなっている。給電線路２０の他方の側辺に沿って形成された第２放射素子２３４〜２３６についても、全く同様である。

給電線路２０の異なる側辺に沿って形成された第１放射素子群２３１〜２３３及び第２放射素子群２３４〜２３６は、素子の延伸方向が互いに平行で逆向きとなっており、かつ、互いに逆位相で励振されるように配置されている。例えば、異なる放射素子群に属する放射素子の間隔がλｇ／２となるように配置されている。このため、全ての放射素子２３１〜２３６からの放射波は、いずれも自由空間において同位相で偏波面の揃った電磁波となり、マイクロストリップアンテナ１００は、直線偏波を放射することができる。

車載用レーダの場合、自車及び対向車からの送信波を区別するために水平線に対し４５度の角度をなす直線偏波が利用される。このため、マイクロストリップアンテナ１００が車載用レーダとして利用される場合には、給電線路２０に対して４５度の角度をなすように傾斜させて第１放射素子２３１〜２３３が形成され、給電線路２０に対して１３５度（＝１８０−４５度）の角度をなすように傾斜させて第２放射素子２３４〜２３６が形成される。

反射抑圧素子２４も、給電線路２０の直線部分の側辺に沿って配置されている。反射抑圧素子２４は、給電線路２０上の進行波の一部を反射させ、この反射波によって放射素子２３からの反射波を打ち消すことによって、放射素子２３による反射を抑圧している。このため、放射素子２３及び反射抑圧素子２４の間隔は、反射抑圧素子２４からの反射波と放射素子２３からの反射波とが、給電線路２０上において逆位相で合成されるように決められている。

つまり、上記給電線路２０上を伝搬する進行波の位相に関し、放射素子２３及び反射抑圧素子２４における位相差が約９０度となるように、放射素子２３から反射抑圧素子２４までの距離が決定されている。例えば、放射素子２４からの距離がλｇ／４の奇数倍、望ましくはλｇ／４となる位置に反射抑圧素子２４が配置される。この場合、放射素子２３及び反射抑圧素子２４によって反射された反射波の伝搬経路差はλｇ／２の奇数倍となり、給電線路２０上で互いに逆位相の関係となって打ち消し合い、放射素子２３からの反射を抑圧することになる。

ここで、反射抑圧素子２４は素子長がλｇ／８以下であることから、放射素子として管内波長λｇの電磁波をほとんど放射しない。このため、従来の反射抑圧方法のように、反射抑圧のために設けた放射素子が管内波長λｇの不要波を放射し、指向性を低下させるという弊害が生じることはない。

このような反射抑圧素子２４は、所望の反射特性を有するように設計しなければならないが、素子長がλｇ／８以下である限り、給電線路２０から突出させる反射抑圧素子２４の形状は任意であり、給電線路２０から突出させる方向も任意である。このため、形状設計の自由度が高く、放射素子２３からの反射波を容易かつ効果的に抑圧することができる。

また、反射抑圧素子２４は、給電線路２０のいずれの側辺に形成しても同じ効果が得られる。つまり、抑圧対象となる放射素子２３と同じ側辺に配置してもよいし、反対の側辺に配置してもよい。ただし、反射抑圧素子２４は、その抑圧対象である放射素子２３の反射を打ち消すことができる複数の位置のうち、当該放射素子２３までの距離が外観上最も短くなる位置に配置されていることが望ましい。

また、反射抑圧素子２４は、抑圧対象となる放射素子２３よりも給電点２１側に配置してもよいし、開放端２２側に配置してもよい。従って、抑圧対象である放射素子２３に最も近く、抑圧対象でない放射素子２３から遠くなる位置に配置することが望ましい。この場合、抑圧対象である放射素子２３の反射波を効果的に抑圧する一方、その他の放射素子２３に対する影響を抑制することができる。

図３は、反射抑圧素子２４の他の構成例を示した図である。図中の（ａ）には、反射抑圧素子２４が楕円形状の場合、（ｂ）には、台形形状の場合、（ｃ）には、給電線路２０から分離された矩形形状の場合がそれぞれ示されている。これらの反射抑圧素子２４は、いずれも給電線路２０に対し約９０度をなす方向に伸び、この延伸方向に関し線対称となる形状を有している。

反射抑圧素子２４は、放射素子としての素子長がλｇ／８以下であれば、その形状は任意であり、また、給電線路２０に対する角度も任意である。円形、楕円形、三角形、矩形、台形などの様々な形状を採用することができる。例えば、反射抑圧素子２４が線対称の形状である場合、その中心線上において、給電線路２０の側辺から、反射抑圧素子の最も遠い端辺までの長さがλｇ／８以下とされる。なお、反射抑圧素子２４は線対称形状には限定されない。

また、図中の（ｃ）に示したように、放射素子２３と同様、反射抑圧素子２４も、給電線路２０に形状としては接続されず、その端辺が僅かなギャップを介して給電線路２０の側辺に対向して配置され、給電線路２０と電磁気的に結合されているものであってもよい。

図４は、図１のマイクロストリップアンテナをＡ−Ａ切断面によって切断した断面図が示されている。この誘電体基板１は、ガラスクロス１ｂの隙間及び周囲にフッ素樹脂１ａが形成された基板であり、その両面に導電性金属箔が形成されている。図１に示したストリップ線路２は、前面に形成された導電性金属箔であり、接地板３は、背面の導電性金属箔４を介して誘電体基板１に貼付されている。

ガラスクロス１ｂは、ガラス繊維を縦横に交差させて織り込むことによってシート状に加工された無機繊維である。フッ素樹脂１ａは、フッ素を含有する樹脂の総称であり、具体的には、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、パーフルオロアルコキシアルカン（ＰＦＡ）、エチレン・テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、パーフルオロエチレン・プロペン共重合体（ＦＥＰ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）などを用いることができる。

このような誘電体基板１の製造方法について説明する。誘電体基板１は、１又は２枚以上のプリプレグと２枚の銅箔とを重ねて、高温真空下でプレス加工することによって製造される。プリプレグは、長尺のガラスクロスから含浸工程、焼成工程及び裁断工程を経て製造される。

含浸工程は、フッ素樹脂の微粒子を水に分散させたフッ素樹脂ディスパージョンが入った含浸槽にガラスクロスを通し、ガラスクロスにフッ素樹脂を含浸させる工程である。比誘電率や誘電正接などの誘電体基板１の電気的特性は、含浸させるフッ素樹脂とガラスクロスの体積比によって制御できる。焼成工程は、フッ素樹脂を含浸させたガラスクロスを電気炉に通して加熱し、フッ素樹脂を溶融又は軟化させてガラスクロスを覆うように焼成する工程である。裁断工程は、長尺のガラスクロスを含浸及び焼成後に裁断してシート状に加工する工程である。

このようして製造されたプリプレグは、２枚の銅箔と重ねられ、これらの銅箔によって挟まれた状態でプレス加工される。このプレス加工には、高温真空プレス機が用いられ、高温の減圧雰囲気中でプレス加工される。例えば、プレス機の成形圧力を３０〜５０ｋｇ／ｃｍ^２、成形温度を３７０〜３８５℃とし、フッ素樹脂１ａ内に隙間が生じないようにガラスクロス１ｂが埋め込まれた誘電体基板１が得られる。なお、銅箔間に挟むプリプレグの枚数は、誘電体基板１の厚さに応じて決定される。例えば、誘電体基板１を厚くしたい場合には、２枚以上のプリプレグを重ねてから銅箔で挟んでプレス加工すればよい。

次に、発明者らが製作した本発明によるマイクロストリップアンテナ１００の試作品について図５〜図７を用いて説明する。図５は、試作したマイクロストリップアンテナ１００の平面形状が示されている。ストリップ線路２は、給電線路２０の一方及び他方の側辺に沿って１３個の放射素子２３がそれぞれ設けられ、放射素子２３の幅は、給電点２１から遠ざかるほど太くなっている。また、各放射素子２３ごとに反射抑圧素子２４が設けられており、反射抑圧素子２４は、抑圧対象となる放射素子２３の直近に設けられている。

このマイクロストリップアンテナ１００は、１枚のプリプレグを２枚の圧延銅箔で挟み込み、背面に接地板３が貼付されている。このマイクロストリップアンテナ１００の平面形状は４０ｍｍ×８ｍｍの長方形であり、プリプレグの厚さが０．１２７ｍｍ、各圧延銅箔の厚さがそれぞれ約１８μｍである。プリプレグに含まれるガラスクロスの秤量は２４ｇ／ｍ^２、フッ素樹脂の含浸率は９１．５％である。フッ素樹脂の含浸工程は、ＰＴＦＥを含浸させる複数回の含浸工程と、最後にＰＦＡを含浸させる１回の含浸工程とからなる。このようにして製造された誘電体基板１の電気的特性を測定すると、比誘電率が２．１９、誘電正接が０．０００８であった。

従来のアンテナ用の誘電体基板にはエポキシ樹脂が用いられている。しかしながら、フッ素樹脂は、エポキシ樹脂に比べて誘電率及び誘電正接がともに小さく、ミリ波アンテナ用の誘電体基板の素材として優れた電気的特性を有している。このため、フッ素樹脂を用いることによって誘電損失のより小さい誘電体基板を実現することができる。さらに、フッ素樹脂は、エポキシ樹脂よりも吸水性が低く、ミリ波アンテナ用の誘電体基板の材料として優れた特性を有している。その一方で、フッ素樹脂のみでは機械的強度が不足し、熱変形も生じやすいため、ガラス繊維、炭素繊維などの無機繊維にフッ素樹脂を担持させることによって、誘電体基板を補強し、耐熱性を向上させることができる。

アンテナにおける誘電損失は、周波数ｆ、光速ｃ、比誘電率εｒ及び誘電正接tanδを用いて次式のように表すことができる。光速ｃは定数であり、周波数ｆが一定であれば、比誘電率εｒ、誘電正接tanδが大きくなるほど、誘電損失も大きくなる関係にある。

従来の誘電体基板の素材には、ガラスクロスにエポキシ樹脂を含浸させたＦＲ４（Flame Retardant Type 4）が用いられている。ＦＲ４の電気的特性は、比誘電率εｒ＝４．８、誘電正接tanδ＝０．０１であり、発明者らが試作した誘電体基板１は、ＦＲ４の誘電体基板と比べれば、比誘電率が約半分で、誘電正接が１０％以下になっている。これらの各値を上式に当てはめれば、フッ素樹脂基板の損失はＦＲ４基板の損失の５％に過ぎず、誘電損失を大幅に低減できることがわかる。

図６は、反射係数の周波数特性を示した図であり、横軸に周波数、縦軸にＳ_１１パラメータが示されている。図中に実線で示した特性曲線Ｃ１は、試作した図５のマイクロストリップアンテナ１００について、コンピュータシミュレーションによって求められた反射特性である。また、図中に破線で示した特性曲線Ｃ２は、反射抑圧素子２４を有しないマイクロストリップアンテナの反射特性であり、比較対象として示されている。

周波数７６．５ＧＨｚで比較すれば、特性曲線Ｃ２の反射係数が−７．１ｄＢであるのに対し、特性曲線Ｃ１の反射係数は−１２．７ｄＢとなっており、反射抑圧素子２４を設けることによって反射係数が５．６ｄＢ低下していることがわかる。従って、反射抑圧素子２４を設けることによって、給電点２１から遠い放射素子２３に対し、より多くの電力を供給することができ、マイクロストリップアンテナ１００の指向性を向上させることができる。特に、放射素子２３の数を増大させて指向性を向上させようとする場合、反射抑圧素子２４を設けることによって、より効果的に指向性を向上させることができる。

図７は、指向特性を示した図であり、近傍界測定によって得られた指向特性が、横軸にアンテナ正面方向（０度）に対する角度、縦軸に絶対利得（ｄＢｉ）をとって示されている。図中に実線で示した特性曲線Ｃ３は、試作した図５のマイクロストリップアンテナ１００の指向特性である。図中に破線で示した特性曲線Ｃ４は、反射抑圧素子を有しないマイクロストリップアンテナの指向特性であり、比較対象として示されている。

半値全幅（ＦＷＨＭ）により求められたメインローブのビーム幅は、特性曲線Ｃ４の場合が７．２度であるのに対し、特性曲線Ｃ３の場合には６．５度となっており、反射抑圧素子２４を設けることによってビーム幅が狭くなっていることがわかる。また、メインローブの最大利得が、特性曲線Ｃ４の場合は１７．６（ｄＢｉ）であるのに対し、特性曲線Ｃ３の場合には１９．１（ｄＢｉ）となっており、反射抑圧素子２４を設けることによって利得が大きくなっていることがわかる。

さらに、誘電体基板１にＦＲ４を用い、反射抑圧素子２４を有しないマイクロストリップアンテナについて同様の測定を行うと、メインローブの最大利得は１５．５（ｄＢｉ）であった。つまり、誘電体基板１にフッ素樹脂を用いるとともに、反射抑圧素子２４を設けることによって、メインローブの最大利得を３．６ｄＢも大きくすることができた。

一般に、アンテナ利得はその面積に比例するため、利得を３．６ｄＢ（＝２．３倍）にしようとすれば、アンテナ面積も２．３倍となる。しかしながら、本発明によれば、アンテナ面積を増大させることなく、利得を向上させることができた。

しかも、進行波励振型のアンテナの場合、アンテナ面積を大きくし、放射素子２３の数を増大させて利得を向上しようとしても、放射素子２３の数に応じて給電線路２０も長くなり、給電点２１から遠い放射素子２３へ十分な電力を供給することができず、アンテナ利得を思うように向上させることはできなかった。しかしながら、本発明によれば、反射抑圧素子２４によって反射を抑圧し、給電点２１から遠い放射素子２３へも電力を供給することが可能になることから、放射素子２３の数を増やせば、素子数に応じて、利得を更に向上させることができる。

なお、上記実施の形態では、給電線路２０の同じ側辺に配設された放射素子２３の間隔を管内波長λｇ、放射素子２３及び反射抑圧素子２４の間隔をλｇ／４の奇数倍とする例について説明した。しかしながら、一般に、給電線路２０上を伝搬する進行波の位相はインピーダンスの変化点、例えば、放射素子２３や反射抑圧素子２４を通過する際に不連続に変化する。このような位相の不連続な変化があれば、上記間隔はλｇやλｇ／４とは異なる値となる。

また、上記実施の形態では、各放射素子２３に対応づけて反射抑圧素子２４が配設されたマイクロストリップアンテナの例について説明したが、本発明は、この様な場合には限定されない。すなわち、反射抑圧素子２４の数は、放射素子２３の数よりも多くてもよいし少なくてもよく、例えば１個であってもよい。

本発明によるマイクロストリップアンテナ１００の一構成例を示した斜視図である。 図１のストリップ線路２の一部を拡大して示した平面図である。 反射抑圧素子２４の他の構成例を示した図である。 図１のマイクロストリップアンテナをＡ−Ａ切断面によって切断した断面図が示されている。 試作したマイクロストリップアンテナ１００の平面形状が示されている。 試作品について反射係数の周波数特性を示した図である。 試作品について近傍界測定によって得られた指向特性を示した図である。 従来のマイクロストリップアンテナの一構成例を示した斜視図である。 給電線路２０と放射素子２３との結合位置における入力電力Ｐ１、反射電力Ｐ２、放射電力Ｐ３及び透過電力Ｐ４の関係を示した説明図である。 改良された従来のマイクロストリップアンテナの一構成例を示した斜視図である。 改良された従来のマイクロストリップアンテナの他の構成例を示した斜視図である。

符号の説明

２３，２３１〜２３６ 放射素子
１ 誘電体基板
１ａ フッ素樹脂
１ｂ ガラスクロス
２ ストリップ線路
３ 接地板
４ 導電性金属箔
２１ 給電点
２２ 開放端
２３ 放射素子
２４ 反射抑圧素子
１００〜１０３ マイクロストリップアンテナ
Ｃ１〜Ｃ４ 特性曲線
Ｐ１ 入力電力
Ｐ２ 反射電力
Ｐ３ 放射電力
Ｐ４ 透過電力
εｒ 比誘電率
λｇ 管内波長

Claims (5)

1. 前面にストリップ導体が形成され、背面に接地板が形成された誘電体基板からなるマイクロストリップアンテナにおいて、
   上記ストリップ導体は、線状に延びる給電線路と、
   上記給電線路の側辺に沿って所定の間隔で配置され、上記給電線路と交差する方向に互いに平行となるように延び、上記給電線路の管内波長の約１／２となる素子長を有する複数の矩形の放射素子と、
   上記放射素子からの反射波と略逆相で合成される反射波を生成するように、上記給電線路の側辺に沿って、上記放射素子からの距離が上記管内波長の１／４の奇数倍となる位置に配設され、上記管内波長の１／８以下となる素子長を有する１又は２以上の反射抑制素子とを備えたことを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
2. 上記反射抑圧素子は、上記放射素子に対応づけられ、対応する放射素子との間で反射波の位相差が１８０度となる位置に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。
3. 上記反射抑圧素子は、対応する放射素子との間で反射波の位相差が１８０度となる複数の位置のうち、当該放射素子に隣接し、かつ、最も近い位置に配設されていることを特徴とする請求項２に記載のマイクロストリップアンテナ。
4. 上記放射素子は、その素子幅が互いに異なることを特徴とする請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。
5. 上記誘電体基板は、無機繊維を含むフッ素樹脂からなることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマイクロストリップアンテナ。

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