特開 2024-18833 マイクロストリップアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024018833

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】マイクロストリップアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20240201BHJP

   H01Q 1/50 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/08

H01Q1/50

【審査請求】有

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022153782

(22)【出願日】2022-09-27

(31)【優先権主張番号】111128447

(32)【優先日】2022-07-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】TW

(71)【出願人】

【識別番号】504025778

【氏名又は名称】明泰科技股▲分▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110001612

【氏名又は名称】弁理士法人きさらぎ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】李奕儒

(72)【発明者】

【氏名】陳筱凡

【テーマコード（参考）】

5J045

5J046

【Ｆターム（参考）】

5J045AA01

5J045AA02

5J045CA01

5J045DA10

5J045HA03

5J046AA02

5J046AB13

5J046TA03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】帯域幅を広げるマイクロストリップアンテナを提供する。
【解決手段】表面を有する基板２０と、表面に設けられて第一軸方向に沿って延在する伝送線２２と、表面に設けられたインピーダンス整合構造２４からなるマイクロストリップアンテナ１であって、インピーダンス整合構造２４は、伝送線２２が接続される第一端２４ａと、第二端２４ｂを第一軸方向Ｘに有する。インピーダンス整合構造２４は、複数段階のインピーダンス変化を有する第一軸方向Ｘに第一セクション２４２、第二セクション２４４及び第三セクション２４６を含む。表面に設けられたパッチ放射体２６は、第一軸方向Ｘにインピーダンス整合構造２４の第二端２４ｂとは所定の間隔を持って隣接し、且つ、前記間隔を介してカップリングされる。これによって、マイクロストリップアンテナ１の帯域幅を増やすことができる。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロストリップアンテナであって、
表面を有する基板と、
前記表面に設けられて第一軸方向に沿って延在する伝送線と、
前記表面に設けられたインピーダンス整合構造であって、前記インピーダンス整合構造は、前記伝送線が接続される第一端と、第二端とを前記第一軸方向に有し、前記インピーダンス整合構造は、前記第一軸方向に第一セクション、第二セクション及び第三セクションを含み、前記第一セクションは、前記第一端を有し、前記第三セクションは、前記第二端を有し、前記第二セクションは、前記第一セクションと前記第三セクションとの間に位置し、前記第一セクション、前記第二セクション及び前記第三セクションは、前記第一軸方向に垂直な第二軸方向に第一幅、第二幅及び第三幅をそれぞれ有し、前記第二幅は、前記第一幅及び前記第三幅よりも小さいインピーダンス整合構造と、
前記表面に設けられたパッチ放射体であって、前記パッチ放射体は、前記第一軸方向に前記インピーダンス整合構造の第二端とは間隔を持って隣接し、且つ前記インピーダンス整合構造の第二端は、前記間隔を介して前記パッチ放射体にカップリングされるパッチ放射体とを含む、マイクロストリップアンテナ。

【請求項2】

前記第三幅は、前記第一幅以下である、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】

前記インピーダンス整合構造の前記第一セクション、前記第二セクション及び前記第三セクションは、前記第一軸方向に第一長さ、第二長さ及び第三長さをそれぞれ有し、前記第三長さは、前記第二長さよりも小さく、前記第二長さは、前記第一長さよりも小さい、請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。

【請求項4】

前記第二長さは、少なくとも前記第三長さの３倍である、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】

前記第一長さは、少なくとも前記第三長さの７倍である、請求項４に記載のマイクロストリップアンテナ。

【請求項6】

前記パッチ放射体は、前記第二軸方向に第四幅を有し、前記第四幅は、前記第三幅及び前記第一幅よりも大きい、請求項１に記載のマイクロストリップアンテナ。

【請求項7】

前記間隔は、０．１ｍｍ～０．２ｍｍ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】

【技術分野】

【0001】

本発明は、アンテナに関し、特にマイクロストリップアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

科学技術の発展に伴い、無線信号の応用もますます増えており、例えばデータ伝送やレーダー等の用途への応用が可能である。無線信号の用途に関係なく、無線信号の帯域幅は、主にアンテナの構造に依存するため、アンテナの帯域幅を増やすことは、研究開発及びイノベーションに力を注ぐ方向の１つになっている。

【0003】

レーダーへの用途を例とすると、図１は、従来の埋め込みマイクロストリップアンテナ１００であり、基板１０、伝送線１２及びパッチ放射体１４が含まれる。

【0004】

前記基板１０の材質はＲＯ４３５０である。伝送線１２及びパッチ放射体１４は、金属層１６とされるとともに基板１０の上面に設けられ、基板１０の下面に別の金属層１８が設けられている。前記パッチ放射体１４は、伝送線１２に近い側に凹溝１４２を有し、伝送線１２は、凹溝１４２内にフィードされてパッチ放射体１４に接続される。金属層１６、１８の厚さは、０．０５ｍｍである。図１において、伝送線１２及びパッチ放射体１４の各部位の幅Ｗ及び長さＬ１～Ｌ５は、Ｗ＝０．１９７ｍｍ、Ｌ１＝１．４ｍｍ、Ｌ２＝０．２４６５ｍｍ、Ｌ３＝０．５１３ｍｍ、Ｌ４＝１．９１３５ｍｍ、Ｌ５＝１．７１６ｍｍである。

【0005】

図２は、従来の埋め込みマイクロストリップアンテナ１００が６０～６４ＧＨｚの周波数帯域で動作する際のＳ１１リターンロス（ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ）の曲線図を示しており、－１０ｄＢでの周波数は、６１．６３～６３．１ＧＨｚとなり（即ち帯域幅は１．４７ＧＨｚ）、そのフラクショナル帯域幅（Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ、ＦＢＷ）は、約２．３５７％である。

【0006】

図３は、埋め込みマイクロストリップアンテナ１００が６０ＧＨｚで動作する時のＹ－Ｚ平面、Ｘ－Ｚ平面のパターン図を示しており、ピークゲイン（ｐｅａｋ ｇａｉｎ）は、約６．８ｄＢｉであり、Ｙ－Ｚ平面は、第二軸方向Ｙと第三軸方向Ｚとによって構成された平面であり、Ｘ－Ｚ平面は、第一軸方向Ｘと第三軸方向Ｚとによって構成された平面である。

【0007】

レーダーへの応用において、アンテナの帯域幅は解像度に正比例し、帯域幅が大きいほど、解像度が高くなり、レーダーが検知可能なデータがよりタイムリーなものとなる。しかしながら、従来の埋め込みマイクロストリップアンテナ１００の伝送線１２のインピーダンスは５０オームであるのに対して、パッチ放射体１４の面積は比較的大きいため、パッチ放射体１４のインピーダンスは、伝送線１２のインピーダンスよりも遥かに小さくなる。伝送線１２は、インピーダンスの小さいパッチ放射体１４に直接フィードされるため、インピーダンスは急激に減少する。その結果、急激なインピーダンス変換により、大きなエネルギー損失をもたらし、ひいては、帯域幅に影響を与えてしまう。

【0008】

したがって、従来の埋め込みマイクロストリップアンテナ１００の設計は、完全なものではなく、改善の余地がある。

【発明の概要】

【解決しようとする課題】

【0009】

これに鑑みて、本発明の目的は、帯域幅を広げ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にある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するために、本発明によるマイクロストリップアンテナは、表面を有する基板と、前記表面に設けられて第一軸方向に沿って延在する伝送線と、前記表面に設けられたインピーダンス整合構造であって、前記インピーダンス整合構造は、前記伝送線が接続される第一端と、第二端とを前記第一軸方向に有し、前記インピーダンス整合構造は、前記第一軸方向に第一セクション、第二セクション及び第三セクションを含み、前記第一セクションは、前記第一端を有し、前記第三セクションは、前記第二端を有し、前記第二セクションは、前記第一セクションと前記第三セクションとの間に位置し、前記第一セクション、前記第二セクション及び前記第三セクションは、前記第一軸方向に垂直な第二軸方向に第一幅、第二幅及び第三幅をそれぞれ有し、前記第二幅は、前記第一幅及び前記第三幅よりも小さいインピーダンス整合構造と、前記表面に設けられたパッチ放射体であって、前記パッチ放射体は、前記第一軸方向に前記インピーダンス整合構造の第二端とは間隔を持って隣接し、且つ前記インピーダンス整合構造の第二端は、前記間隔を介して前記パッチ放射体にカップリングされるパッチ放射体とを含む。

【発明の効果】

【0011】

本発明の効果としては、複数段階のインピーダンス変化と前記間隔との組み合わせにより、エネルギーをカップリングの方式でパッチ放射体にフィードすることで、インピーダンス変換によるエネルギー損失を減少させて帯域幅を広げることができ、帯域幅が広げられることにより、より高い解像度を提供可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、従来の埋め込みマイクロストリップアンテナの斜視図である。

【図2】図２は、従来の埋め込みマイクロストリップアンテナが６０～６４ＧＨｚで動作する際のリターンロスの曲線図である。

【図3】図３は、従来の埋め込みマイクロストリップアンテナが６０ＧＨｚで動作する際のパターン図である。

【図4】図４は、本発明の第一好ましい実施例におけるマイクロストリップアンテナの斜視図である。

【図5】図５は、本発明の第一好ましい実施例におけるマイクロストリップアンテナの平面図である。

【図6】図６は、本発明の第一好ましい実施例におけるマイクロストリップアンテナの模式図である。

【図7】図７は、本発明の第一好ましい実施例におけるマイクロストリップアンテナの等価回路である。

【図8】図８は、本発明の第一好ましい実施例におけるマイクロストリップアンテナが５８～６６ＧＨｚで動作する際のリターンロスの曲線図である。

【図9】図９は、本発明の第一好ましい実施例におけるマイクロストリップアンテナが６０ＧＨｚで動作する際のパターン図である。

【図10】図１０は、本発明の第二好ましい実施例におけるマイクロストリップアンテナの平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明をより明確に説明できるように、好ましい実施例を掲げ、図面を参照して以下の通りに詳しく説明する。図４～図６に示すように、本発明の第一好ましい実施例におけるマイクロストリップアンテナ１は、基板２０、伝送線２２、インピーダンス整合構造２４及びパッチ放射体２６を含む。本実施例において、前記マイクロストリップアンテナ１は、６０ＧＨｚの周波数帯域に利用されるレーダーのミリ波アンテナを例とするが、これに限定されない。また、説明の便宜上、互いに直交する第一軸方向Ｘ、第二軸方向Ｙ及び第三軸方向Ｚを定義する。

【0014】

前記基板２０は、背向する２つの表面、即ち第三軸方向Ｚに位置する上面２０２及び下面２０４を有し、前記上面２０２及び前記下面２０４は、何れも前記第一軸方向Ｘ及び前記第二軸方向Ｙに平行である。前記上面２０２は、前記伝送線２２、前記インピーダンス整合構造２４及び前記パッチ放射体２６が設けられる面であり、前記下面２０４には、金属層２８が設けられており、金属層２８の厚さは、約０．０５ｍｍであるが、これに限定されない。本実施例において、前記基板２０の材質は、ＲＯ４３５０を例とするが、これに限定されず、ＲＯ４８３５、ＲＯ３００３、又はセラミックス基板であってもよい。前記基板２０は、第三軸方向における厚さが、０．１２７ｍｍ～０．２ｍｍであり、本実施例において、例えば０．１７ｍｍとされる。

【0015】

前記伝送線２２、前記インピーダンス整合構造２４及び前記パッチ放射体２６は、金属層３０とされるとともに、第一軸方向Ｘに沿って順に前記基板２０の上面２０２に配設（レイアウト）される。金属層３０の厚さは、約０．０５ｍｍであるが、これに限定されない。

【0016】

前記伝送線２２は、長い矩形の線分であり、その長軸方向が前記第一軸方向Ｘに沿って延在する。前記伝送線２２は、前記第二軸方向Ｙにおける幅Ｗが等幅である。本実施例において、前記伝送線の幅Ｗは、例えば０．２４ｍｍであり、長さＬは、１．２５ｍｍであるが、これに限定されない。前記伝送線のインピーダンスは、５０オームである。前記伝送線２２の一端は、前記基板２０の縁まで延在し、信号のフィード端とされる。

【0017】

前記インピーダンス整合構造２４は、インピーダンスの調整用であり、前記インピーダンス整合構造２４は、対向する第一端２４ａ及び第二端２４ｂを前記第一軸方向Ｘに有し、前記第一端２４ａに前記伝送線２２が接続され、前記第二端２４ｂは、前記パッチ放射体２６に近接するが、直接接触していない。本実施例において、前記インピーダンス整合構造２４は、前記第一軸方向Ｘに第一セクション２４２、第二セクション２４４及び第三セクション２４６を含み、前記第一セクション２４２は、前記第一端２４ａを有し、前記第二セクション２４４は、前記第一セクション２４２と前記第三セクション２４６との間に接続され、前記第三セクション２４６は、前記第二端２４ｂを有する。

【0018】

前記第一セクション２４２、前記第二セクション２４４及び前記第三セクション２４６は、前記第二軸方向Ｙに第一幅Ｗ１、第二幅Ｗ２及び第三幅Ｗ３をそれぞれ有する。本実施例において、前記第一セクション２４２の幅は、等幅であり、前記第二セクション２４４の幅は、等幅であり、前記第三セクション２４６の幅は、等幅である。前記第二幅Ｗ２は、前記第一幅Ｗ１及び前記第三幅Ｗ３よりも小さく、第三幅Ｗ３は、前記第一幅Ｗ１以下である。具体的に、前記第一幅Ｗ１は、例えば０．８３ｍｍであり、前記第二幅Ｗ２は、例えば０．５２５２ｍｍであり、前記第三幅Ｗ３は、例えば０．７４５２ｍｍであるが、これらの数値に限定されない。第一幅Ｗ１は、第二幅Ｗ２の約１．５８０倍であり、前記第三幅Ｗ３は、前記第二幅Ｗ２の約１．４１９倍である。

【0019】

前記第一セクション２４２、前記第二セクション２４４及び前記第三セクション２４６は、前記第一軸方向Ｘに第一長さＬ１、第二長さＬ２及び第三長さＬ３をそれぞれ有する。前記第二長さＬ２は、少なくとも前記第三長さＬ３の３倍であり、前記第一長さＬ１は、少なくとも前記第三長さＬ３の７倍である。具体的に、前記第一長さＬ１は、例えば０．７１５ｍｍであり、前記第二長さＬ２は、例えば０．３７２ｍｍであり、前記第三長さＬ３は、例えば０．１ｍｍであれば、前記第一長さＬ１～前記第三長さＬ３の合計（即ち第一端から前記第二端までの長さ）は、約１．１８７ｍｍとなるが、これらの数値に限定されない。前記第一長さＬ１は、前記第三長さＬ３の７．１５倍となり、前記第二長さＬ２は、前記第三長さの３．７２倍となる。

【0020】

前記パッチ放射体２６は、前記第一軸方向Ｘに前記インピーダンス整合構造２４の第二端２４ｂとは間隔Ｄを持って隣接する。前記インピーダンス整合構造２４の第二端２４ｂは、前記間隔Ｄを介して前記パッチ放射体２６にカップリングされる。本実施例において、前記間隔Ｄは、０．１ｍｍ～０．２ｍｍである。前記パッチ放射体２６は、矩形をなし、前記第一軸方向Ｘに第四長さＬ４を有し、前記第二軸方向Ｙに第四幅Ｗ４を有する。本実施例において、前記第四幅Ｗ４は、前記第三幅Ｗ３及び前記第一幅Ｗ１よりも大きい。前記第四長さＬ４は、前記第一長さＬ１と、前記第二長さＬ２と前記第三長さＬ３との合計に近いか又は等しくてもよい。本実施例において、前記第四長さＬ４は、前記第一長さＬ１～前記第三長さＬ３の合計よりもやや大きいが、これに限定されず、前記第一長さＬ１～前記第三長さＬ３の合計に等しいか、又はそれよりも短くてもよい。前記第四長さＬ４と、前記第一長さＬ１～前記第三長さＬ３の合計との差の絶対値は、０．０５ｍｍ以内であることが好ましい。具体的に、前記間隔Ｄは、０．１ｍｍであり、前記第四長さＬ４は、例えば１．１４３ｍｍであり、前記第四幅Ｗ４は、例えば１．１６８ｍｍであるが、これらの数値に限定されない。

【0021】

図７は、前記マイクロストリップアンテナ１の等価回路を示しており、伝送線２２は、インダクタンスＬａに等価され、前記インピーダンス整合構造２４の第一セクションは、キャパシタＣ１に等価されることが可能であり、第二セクション２４４は、キャパシタＣ２及びインダクタンスＬｂに等価されることが可能であり、第三セクション２４６、及び前記パッチ放射体２６までの間の間隔Ｄを合わせて、寄生キャパシタＣ３に等価されることが可能である。

【0022】

前記インピーダンス整合構造２４の前記第一セクション２４２、前記第二セクション２４４及び前記第三セクション２４６により、複数段階のインピーダンス変化が形成され、複数段階に亘る階段状のインピーダンス変換を持つことで、急激なインピーダンス変換によるエネルギー損失を減少させることができるとともに、前記間隔Ｄで形成された寄生キャパシタＣ３に加えてカップリングの方式でエネルギーをパッチ放射体２６にフィードすることで、帯域幅を更に広げることができる。前記第三セクション２４６の第三幅Ｗ３を変更するにより、キャパシタＣ３の容量値を対応して変更し、必要な帯域幅を得ることが可能である。

【0023】

図８は、マイクロストリップアンテナ１が５８～６６ＧＨｚの周波数帯域で動作する際のＳ１１リターンロス（ｒｅｔｕｒｎ ｌｏｓｓ）の曲線図を示しており、－１０ｄＢでの周波数は、６０．６９～６２．３４ＧＨｚとなり（即ち帯域幅は１．６５ＧＨｚ）、そのフラクショナル帯域幅（Ｆｒａｃｔｉｏｎａｌ Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ、ＦＢＷ）は、約２．６８２％である。従来の埋め込みマイクロストリップアンテナの帯域幅１．４７ＧＨｚに比べて、フラクショナル帯域幅は、２．３７５％となり、本実施例のマイクロストリップアンテナ１は、帯域幅を効果的に広げることができ、帯域幅が広げられることにより、より高い解像度を提供可能となる。

【0024】

図９は、本実施例のマイクロストリップアンテナ１が６０ＧＨｚで動作する時のＹ－Ｚ平面、Ｘ－Ｚ平面のパターン図を示しており、ピークゲイン（ｐｅａｋ ｇａｉｎ）は、約６．４ｄＢｉであり、Ｙ－Ｚ平面は、第二軸方向Ｙと第三軸方向Ｚとによって構成された平面であり、Ｘ－Ｚ平面は、第一軸方向Ｘと第三軸方向Ｚとによって構成された平面である。

【0025】

図１０は、本発明の第二好ましい実施例におけるマイクロストリップアンテナ２を示しており、第一実施例とほぼ同じ構造を有しているが、その相違としては、インピーダンス整合構造３２の第二セクション３２４が第一軸方向Ｘに沿って幅の変化を有し、その幅が第一セクション３２２から第三セクション３２６に向かって次第に縮小されてから、次第に拡大される点にある。本実施例のインピーダンス整合構造３２は、同様に複数段階のインピーダンス変化を提供して、急激なインピーダンス変換によるエネルギー損失を減少させることができるとともに、カップリングの方式に加えてエネルギーをパッチ放射体２６にフィードし、帯域幅を広げることができる。

【0026】

上述したのは、本発明の実施可能な好ましい実施例に過ぎず、本発明の明細書及び特許請求の範囲を利用してなされた同等のバリエーションは、何れも本発明の特許範囲内に含まれるべきである。

【符号の説明】

【0027】

［従来］
１００： 埋め込みマイクロストリップアンテナ
１０： 基板
１２： 伝送線
１４： パッチ放射体
１４２： 凹溝
１６： 金属層
１８： 金属層
Ｌ１～Ｌ５：長さ
Ｗ： 幅
Ｘ： 第一軸方向
Ｙ： 第二軸方向
Ｚ： 第三軸方向
［本発明］
１： マイクロストリップアンテナ
２０： 基板
２０２： 上面
２０４： 下面
２２： 伝送線
２４： インピーダンス整合構造
２４ａ： 第一端
２４ｂ： 第二端
２４２： 第一セクション
２４４： 第二セクション
２４６： 第三セクション
２６： パッチ放射体
２８： 金属層
３０： 金属層
２： マイクロストリップアンテナ
３２： インピーダンス整合構造
３２２： 第一セクション
３２４： 第二セクション
３２６： 第三セクション
Ｃ１： キャパシタ
Ｃ２： キャパシタ
Ｃ３： キャパシタ
Ｄ： 間隔
Ｌ： 長さ
Ｌ１： 第一長さ
Ｌ２： 第二長さ
Ｌ３： 第三長さ
Ｌ４： 第四長さ
Ｌａ： インダクタンス
Ｌｂ： インダクタンス
Ｗ： 幅
Ｗ１： 第一幅
Ｗ２： 第二幅
Ｗ３： 第三幅
Ｗ４： 第四幅
Ｘ： 第一軸方向
Ｙ： 第二軸方向
Ｚ： 第三軸方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】