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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-18
(45)【発行日】2024-11-26
(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 20060101AFI20241119BHJP
【ＦＩ】
H01Q13/08
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2023500545
(86)(22)【出願日】2021-11-29
(86)【国際出願番号】 JP2021043546
(87)【国際公開番号】W WO2022176305
(87)【国際公開日】2022-08-25
【審査請求日】2023-08-01
(31)【優先権主張番号】P 2021025518
(32)【優先日】2021-02-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】000010098
【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】鴫原 亮
(72)【発明者】
【氏名】村田 眞司
【審査官】白井 亮
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－１２７０１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５８－２１５８０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０５１７０９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｑ １３／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
誘電体製の基板と、前記基板の第１表面に設けられる接地電極と、
前記基板の前記第１表面とは反対側の第２表面に設けられ互いに平行に延在する複数の放射素子と、前記第２表面に設けられて前記複数の放射素子と交差する方向に延在し、前記複数の放射素子を接続する接続素子とを有するアンテナエレメントと、
前記複数の放射素子のうちの平面視で端に位置する放射素子の前記接続素子の延長上に位置する部分に接続される第１端部と、前記基板の前記第１表面と前記第２表面との間の側面に設けられて給電される第２端部とを有する給電線路と、
前記基板の前記側面に前記給電線路に沿って設けられる区間を有し、前記端に位置する放射素子と前記接地電極を接続する接続線路と
を含み、
前記複数の放射素子は、前記複数の放射素子の前記接続素子に接続される接続部から見た先端側に設けられるスリット、又は、前記先端側に設けられ、平面視における前記複数の放射素子の延在方向に対して交差する方向側に位置する端辺が切り欠かれた切り欠き部を有する、マイクロストリップアンテナ。
【請求項2】
誘電体製の基板と、
前記基板の第１表面に設けられる接地電極と、
前記基板の前記第１表面とは反対側の第２表面に設けられ互いに平行に延在する複数の放射素子と、前記第２表面に設けられて前記複数の放射素子と交差する方向に延在し、前記複数の放射素子を接続する接続素子とを有するアンテナエレメントと、
前記複数の放射素子のうちの平面視で端に位置する放射素子の前記接続素子の延長上に位置する部分に接続される第１端部と、前記基板の前記第１表面と前記第２表面との間の側面に設けられて給電される第２端部とを有する給電線路と、
前記基板の前記側面に前記給電線路に沿って設けられる区間を有し、前記端に位置する放射素子と前記接地電極を接続する接続線路と
を含み、
前記接続素子は、前記複数の放射素子が延在する方向に配列される複数のスリットを有する、マイクロストリップアンテナ。
【請求項3】
前記接続素子は、前記複数の放射素子の延在方向における中央部を接続する、請求項１又は２に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項4】
前記複数の放射素子の延在方向における長さは等しい、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項5】
前記複数の放射素子の延在方向と、前記接続素子の延在方向とは、平面視で直交する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項6】
前記給電線路の前記第１端部と、前記接続線路の前記端に位置する放射素子に接続される端部とは、前記基板の前記第２表面に設けられる、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のマイクロストリップアンテナ。
【請求項7】
前記接続線路は、前記給電線路を挟んで延在し、前記給電線路とともにコプレーナ線路を構成する２本の接続線路である、請求項１乃至６のいずれか１項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、マイクロストリップアンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、誘電体基体と、誘電体基体の下面に設けられる接地導体膜と、誘電体基体の上面に設けられる放射導体膜と、誘電体基体の側面に設けられ、接地導体膜及び放射導体膜を接続する接続用導体膜と含むアンテナ装置がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平１１－１１２２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
誘電体基体上における波長は、誘電体基体の比誘電率によって変化し、比誘電率が大きいほど波長は短くなるため、比誘電率が大きい誘電体基体を用いれば、アンテナ装置を小型化することができる。
【0005】
従来のアンテナ装置は、比誘電率が３８の誘電体セラミック基体を用いた片側短絡型マイクロストリップアンテナであり、３．８ＧＨｚの周波数で共振する。誘電体基体の寸法は１０ｍｍ×８ｍｍ×４ｍｍであり、３．８ＧＨｚの自由空間波長λ０は約７７ｍｍである。誘電体基体の寸法を自由空間波長λ０で表すと、約０．１３λ０×０．１λ０×０．０５λ０である。
【0006】
ところで、９２０ＭＨｚ帯を使用するＲＦＩＤ（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）タグの分野では、小さい物体にＲＦＩＤタグを取り付けたいという要求があるため、体積が０．１ｃｍ３～０．２ｃｍ３程度のアンテナ装置が要求されている。
【0007】
この体積を寸法で表すと、一例として約７ｍｍ×約７ｍｍ×約２ｍｍである。これを９２０ＭＨｚの自由空間波長λ０で表すと、約０．０２λ０×０．０２λ０×０．００６λ０となる。このため、従来の片側短絡型マイクロストリップアンテナでは、９２０ＭＨｚ帯で通信可能で０．１ｃｍ３～０．２ｃｍ３程度の体積を実現することは不可能である。
【0008】
そこで、小形化が可能な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。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の実施形態のマイクロストリップアンテナは、誘電体製の基板と、前記基板の第１表面に設けられる接地電極と、前記基板の前記第１表面とは反対側の第２表面に設けられ互いに平行に延在する複数の放射素子と、前記第２表面に設けられて前記複数の放射素子と交差する方向に延在し、前記複数の放射素子を接続する接続素子とを有するアンテナエレメントと、前記複数の放射素子のうちの平面視で端に位置する放射素子の前記接続素子の延長上に位置する部分に接続される第１端部と、前記基板の前記第１表面と前記第２表面との間の側面に設けられて給電される第２端部とを有する給電線路と、前記基板の前記側面に前記給電線路に沿って設けられる区間を有し、前記端に位置する放射素子と前記接地電極を接続する接続線路とを含む。
【発明の効果】
【0010】
小形化が可能なマイクロストリップアンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】マイクロストリップアンテナ１００を示す図である。
【図2】マイクロストリップアンテナ１００を示す図である。
【図3】マイクロストリップアンテナ１００を示す図である。
【図4】マイクロストリップアンテナ１００を示す図である。
【図5】マイクロストリップアンテナ１００において長さＬａ、Ｌｂ、Ｌｃを変化させた場合の共振周波数及びＶＳＷＲの変化分を示す図である。
【図6】シミュレーションモデルを示す図である。
【図7】ＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図8】放射特性を示す図である。
【図9】シミュレーションモデルを示す図である。
【図10】ＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。
【図11】放射特性を示す図である。
【図12】実施形態の第１変形例のマイクロストリップアンテナ１００Ｍ１を示す図である。
【図13】実施形態の第１変形例のマイクロストリップアンテナ１００Ｍ１を示す図である。
【図14】実施形態の第２変形例のマイクロストリップアンテナ１００Ｍ２を示す図である。
【図15】実施形態の第２変形例のマイクロストリップアンテナ１００Ｍ２を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明のマイクロストリップアンテナを適用した実施形態について説明する。
【0013】
＜実施形態＞
以下、本発明のマイクロストリップアンテナを適用した実施形態について説明する。以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。Ｘ軸に平行な方向（Ｘ方向）、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）、Ｚ軸に平行な方向（Ｚ方向）は、互いに直交する。また、以下では、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称す場合がある。また、平面視とはＸＹ面視することをいう。また、以下では構成が分かり易くなるように各部の長さ、太さ、厚さ等を誇張して示す場合がある。また、平行、上下、直角等の文言は、実施形態の効果を損なわない程度のずれを許容するものとする。
以下、本発明のマイクロストリップアンテナを適用した実施形態について説明する。以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明する。Ｘ軸に平行な方向（Ｘ方向）、Ｙ軸に平行な方向（Ｙ方向）、Ｚ軸に平行な方向（Ｚ方向）は、互いに直交する。また、以下では、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称す場合がある。また、平面視とはＸＹ面視することをいう。また、以下では構成が分かり易くなるように各部の長さ、太さ、厚さ等を誇張して示す場合がある。また、平行、上下、直角等の文言は、実施形態の効果を損なわない程度のずれを許容するものとする。
【0014】
図１乃至図４は、マイクロストリップアンテナ１００を示す図である。図１はマイクロストリップアンテナ１００を上側から示す斜視図であり、図２はマイクロストリップアンテナ１００を下側から示す斜視図である。図３は平面図であり、図４はマイクロストリップアンテナ１００を＋Ｘ方向側から示す側面図である。
【0015】
マイクロストリップアンテナ１００は、基板１０、接地電極１１０、アンテナエレメント１２０、給電線路１３０、及び接続線路１４０を含む。マイクロストリップアンテナ１００は、一例としてＲＦＩＤタグに利用することを想定しており、以下では一例として９２０ＭＨｚ帯で通信する形態について説明する。
【0016】
本実施形態の目的は、小形化が可能なマイクロストリップアンテナを提供することであり、より具体的には、従来のマイクロストリップアンテナよりも更に小型で、一辺が約０．０２λ０で、厚さが約０．００６λ０の表面実装型のマイクロストリップアンテナ１００を提供することである。λ０は、自由空間における９２０ＭＨｚ帯の電波の波長である。
【0017】
基板１０は、誘電体製であり、一例として比誘電率εｒが９３の高誘電率セラミック製である。高誘電率セラミックとしては、例えば、酸化バリウム、酸化チタン、酸化ネオジウム、酸化セリウム、酸化サマリウム、酸化ビスマスを主成分とする高誘電率セラミックを用いることができる。基板１０は、一例として平面視で正方形の直方体状の基板であり、一例として、７ｍｍ（Ｘ方向）×７ｍｍ（Ｙ方向）×２ｍｍ（Ｚ方向）である。基板１０の下面１０Ａ（－Ｚ方向側の表面）は第１表面の一例であり、基板１０の上面１０Ｂ（＋Ｚ方向側の表面）は、第１表面の一例である下面１０Ａとは反対側の第２表面の一例である。
【0018】
接地電極１１０、アンテナエレメント１２０、給電線路１３０、及び接続線路１４０は、例えば、基板１０の下面１０Ａ、上面１０Ｂ、及び側面１０Ｃに銀ペースト又は銅ペースト等の導電ペーストを印刷して焼成することによって形成することができる。側面１０Ｃは、第１表面の一例である下面１０Ａと、第２表面の一例である上面１０Ｂとの間に位置し、下面１０Ａと上面１０Ｂとを接続する面である。ここでは、一例として銀ペーストで形成する形態について説明する。接地電極１１０、アンテナエレメント１２０、給電線路１３０、及び接続線路１４０の厚さは同一であり、一例として１０μｍ～１５μｍ程度である。
【0019】
接地電極１１０は、基板１０の下面１０Ａに設けられる。接地電極１１０のＸ方向及びＹ方向の長さは一例として等しい。
【0020】
アンテナエレメント１２０は、Ｙ方向に延在する４本の放射素子１２０Ａと、Ｘ方向に延在する３本の接続素子１２０Ｂとを有する。図１には、構成を分かり易く示すために、４本の放射素子１２０Ａと、３本の接続素子１２０Ｂとの境界を破線で示す。
【0021】
４本の放射素子１２０Ａは互いに平行であり、Ｘ方向に等間隔で配列されている。３本の接続素子１２０Ｂは、４本の放射素子１２０Ａの間に設けられ、４本の放射素子１２０ＡのＹ方向の長さの中央部１２０Ａ１を接続している。中央部１２０Ａ１は、放射素子１２０ＡのＹ方向の長さの中心を含む部分である。３本の接続素子１２０Ｂは、同一直線上に位置しており、４本の放射素子１２０Ａと交差するＸ方向に延在している。
【0022】
アンテナエレメント１２０は、Ｘ方向に延在する１本の接続素子の＋Ｙ方向側と－Ｙ方向側に８本の放射素子が接続されている構成として捉えることもできるが、ここではＹ方向に延在する４本の放射素子１２０Ａと、Ｘ方向に延在する３本の接続素子１２０Ｂとを有する構成として説明する。
【0023】
給電線路１３０は、４本の放射素子１２０Ａのうちの＋Ｘ方向側の端に位置する１本の放射素子１２０ＡのＹ方向における中央部１２０Ａ１に接続される端部１３１と、基板１０の＋Ｘ方向側の側面１０Ｃの下端に位置する端部１３２とを有する。端部１３１は第１端部の一例であり、端部１３２は第２端部の一例である。＋Ｘ方向側の端に位置する１本の放射素子１２０Ａの中央部１２０Ａ１は、接続素子１２０Ｂの延長上に位置し、端部１３１が接続される部分である。
【0024】
給電線路１３０は、端部１３１と端部１３２の間で、基板１０の上面１０Ｂ及び側面１０Ｃの表面に沿って延在している。端部１３２は、図示しない同軸ケーブル等の芯線が接続されて給電される給電部である。なお、この同軸ケーブルのシールド線は、接地電極１１０に接続すればよい。
【0025】
２本の接続線路１４０は、給電線路１３０の＋Ｙ方向側と－Ｙ方向側とに設けられており、給電線路１３０と等間隔で設けられている。給電線路１３０と、２本の接続線路１４０とは、コプレーナ線路１５０を構成する。コプレーナ線路１５０は、高周波信号の伝送に適している。
【0026】
各接続線路１４０は、４本の放射素子１２０Ａのうちの＋Ｘ方向側の端に位置する１本の放射素子１２０Ａの＋Ｘ方向側の端辺に接続される端部１４１と、接地電極１１０の＋Ｘ方向側の端辺に接続される端部１４２とを有する。接続線路１４０は、基板１０の下面１０Ａ、上面１０Ｂ、及び側面１０Ｃの表面に沿って、端部１４１と端部１４２との間に延在している。接続線路１４０のうち、側面１０Ｃに設けられる区間は、基板１０の側面１０Ｃに給電線路１３０に沿って設けられる区間である。
【0027】
＋Ｙ方向側の接続線路１４０の端部１４１は、＋Ｘ方向側の端に位置する１本の放射素子１２０Ａの中央部１２０Ａ１よりも＋Ｙ方向側に接続されている。－Ｙ方向側の接続線路１４０の端部１４１は、＋Ｘ方向側の端に位置する１本の放射素子１２０Ａの中央部１２０Ａ１よりも－Ｙ方向側に接続されている。
【0028】
このようなマイクロストリップアンテナ１００は、図３に示すように、アンテナエレメント１２０の全体のＹ方向の長さがＬａ、Ｘ方向の長さがＬｄである。また、放射素子１２０ＡのＹ方向において接続素子１２０Ｂよりも突出する区間の長さがＬｂ、給電線路１３０のＹ方向の幅の中心と接続線路１４０との間の長さがＬｃである。一例として長さＬａと長さＬｄは等しいが、異なっていてもよい。
【0029】
また、４本の放射素子１２０Ａのうち、＋Ｘ方向側の端と－Ｘ方向側の端とに位置する２本の放射素子１２０ＡのＸ方向の長さ（幅）がＬｅ、Ｘ方向における中央側に位置する２本の放射素子１２０ＡのＸ方向の長さ（幅）がＬｇである。また、３本の接続素子１２０ＢのＸ方向の長さはＬｆである。長さＬｆは、４本の放射素子１２０ＡのＸ方向の間隔に相当する。ここでは、一例として長さＬｅは長さＬｇより長いが、同一であってもよく、長さＬｅが長さＬｇより短くてもよい。
【0030】
また、アンテナエレメント１２０は、両櫛歯状であるため、放射素子１２０Ａ同士の間にノッチ部（切り欠き部）１２０Ｃを有する。長さＬｂは、ノッチ部１２０Ｃの長さである。
【0031】
このようなアンテナエレメント１２０を含むマイクロストリップアンテナ１００は、長さＬａ×Ｌｄのパッチ電極を含むマイクロストリップアンテナの共振周波数よりも、更に低い共振周波数を実現することができる。言い換えれば、同じ共振周波数においては、長さＬａ×Ｌｄのパッチ電極を含むマイクロストリップアンテナよりも小型化したマイクロストリップアンテナ１００を実現することができる。これは、高周波電流の経路を等価的に長くできるためである。
【0032】
一般に、セラミック製の基板を含むマイクロストリップアンテナでは、パッチ電極や接地電極等は、銀ペースト又は銅ペースト等の導電ペーストを印刷して焼成することにより形成している。セラミック製の基板は比誘電率にばらつきがある場合があるため、比誘電率のばらつきに備えて、各部の寸法をわずかに変化させた、パッチ電極を印刷するための版を数種類準備しておき、それらの版を用いて、導電ペーストを試し印刷し、所望の共振周波数や入力インピーダンスが得られる版を決定して量産する。
【0033】
ここで、共振周波数と入力インピーダンスは、パッチ電極の寸法に依存するため、パッチ電極を含むマイクロストリップアンテナでは共振周波数と入力インピーダンスを独立的に決定することは困難である。
【0034】
本実施形態では、共振周波数と入力インピーダンスをほぼ独立して決定できるマイクロストリップアンテナ１００を提供する。基板１０の比誘電率εｒが９３の場合には、０．１ｃｍ３の体積を実現する寸法の一例は、約７ｍｍ×約７ｍｍ×約２ｍｍであるため、基板１０の寸法は前述の通り、一例として７ｍｍ×７ｍｍ×２ｍｍである。
【0035】
この場合に、図３に示す長さＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄは、一例として、Ｌａ＝Ｌｄ＝６ｍｍ、Ｌｂ＝２．４ｍｍ、Ｌｃ＝０．８ｍｍである。これらの長さＬａ、Ｌｂ、Ｌｃ、Ｌｄを有する表面実装型のマイクロストリップアンテナ１００は約９２０ＭＨｚで共振し、給電線路１３０の端部１３２（給電部）の入力インピーダンスは約５０Ωになる。
【0036】
図５は、マイクロストリップアンテナ１００において長さＬａ、Ｌｂ、Ｌｃを変化させた場合の共振周波数及びＶＳＷＲ（Voltage Standing Wave Ratio：電圧定在波比）の変化分を示す図である。図５に示す特性は電磁界シミュレーションで得たシミュレーション結果である。
【0037】
図５（Ａ）には長さＬａの変化分ΔＬａに対する共振周波数の変化分Δｆ０及びＶＳＷＲの変化分を示し、図５（Ｂ）には長さＬｂの変化分ΔＬｂに対する共振周波数の変化分Δｆ０及びＶＳＷＲの変化分を示し、図５（Ｃ）には長さＬｃの変化分ΔＬｃに対する共振周波数の変化分Δｆ０及びＶＳＷＲの変化分を示す。ただし、長さＬａを変化させる場合は長さＬｂ及びＬｃは固定値である。同様に、長さＬｂを変化させる場合は長さＬａ及びＬｃは固定値であり、長さＬｃを変化させる場合は長さＬａ及びＬｂは固定値である。
【0038】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示すように、長さＬａ又は長さＬｂを変化させた場合にＶＳＷＲはほとんど変化しないが、共振周波数は大きく変化することがわかる。また、図５（Ｃ）から、長さＬｃを変化させた場合、ＶＳＷＲが大きく変化することがわかる。
【0039】
したがって、接地電極１１０、アンテナエレメント１２０、給電線路１３０、及び接続線路１４０の印刷に用いる版を数種類準備してマイクロストリップアンテナ１００を作製する場合に、非常に容易に設計を行うことができる。
【0040】
また、作製した表面実装型のマイクロストリップアンテナ１００の共振周波数が所望の共振周波数からずれている場合は、調整を行って共振周波数を合わせることが一般的に行われている。
【0041】
作製した表面実装型のマイクロストリップアンテナ１００の共振周波数が所望の共振周波数よりも低い場合には、放射素子１２０Ａの＋Ｙ方向側及び－Ｙ方向側の端部を削ることにより、長さＬａを短くすることができる。長さＬａを短くすれば、図５（Ａ）から分かるように、共振周波数を高くすることができる。
【0042】
一方、作製した表面実装型のマイクロストリップアンテナ１００の共振周波数が所望の共振周波数よりも高い場合には、接続素子１２０Ｂの＋Ｙ方向側及び－Ｙ方向側の端部をＹ方向における中心方向へ更に削って接続素子１２０Ｂを細くすることにより、ノッチ部１２０Ｃの長さＬｂを長くすることができる。長さＬｂを長くすることにより、図５（Ｂ）から分かるように、共振周波数を下げることができる。
【0043】
図６は、シミュレーションモデルを示す図である。図６（Ａ）に示すマイクロストリップアンテナ１００Ａは、図１に示すマイクロストリップアンテナ１００のシミュレーションモデルである。図６（Ｂ）に示すマイクロストリップアンテナ１００Ｂは、アンテナエレメント１２０の放射素子１２０Ａを３本にしたシミュレーションモデルである。図６（Ｃ）に示すマイクロストリップアンテナ１００Ｃは、アンテナエレメント１２０の放射素子１２０Ａを２本にしたシミュレーションモデルである。
【0044】
なお、シミュレーションは、マイクロストリップアンテナ１００Ａ～１００Ｃを基板２０の上面に実装した状態で行った。基板２０は、上面に給電用の配線２１と、平面視で配線２１の三方に位置するグランド層２２とを有する。一例として、配線２１は給電線路１３０の端部１３２（給電部）に接続され、グランド層２２は接地電極１１０とは絶縁されている。
【0045】
一例として、マイクロストリップアンテナ１００Ａにおける長さＬａは６ｍｍ、長さＬｂは２．４３ｍｍ、長さＬｃは０．８２ｍｍ、長さＬｄは６ｍｍである。マイクロストリップアンテナ１００Ｂにおける長さＬａは６ｍｍ、長さＬｂは２．５８ｍｍ、長さＬｃは０．８２ｍｍ、長さＬｄは６ｍｍである。マイクロストリップアンテナ１００Ｃにおける長さＬａは６ｍｍ、長さＬｂは２．８２ｍｍ、長さＬｃは１．１ｍｍ、長さＬｄは６ｍｍである。
【0046】
【0047】
図７（Ａ）～（Ｃ）に示すように、ＶＳＷＲが２の場合の帯域幅は、マイクロストリップアンテナ１００Ａでは２．６ＭＨｚ、マイクロストリップアンテナ１００Ｂでは２．４ＭＨｚ、マイクロストリップアンテナ１００Ｃでは３．０ＭＨｚであった。帯域幅に多少の違いはあるが、放射素子１２０Ａの本数によってＶＳＷＲの周波数特性に大きな変化は生じないことが分かった。
【0048】
図８は、放射特性を示す図である。図８（Ａ）～（Ｃ）には、それぞれ、マイクロストリップアンテナ１００Ａ～１００Ｃのシミュレーションモデルで得た放射特性を示す。図８（Ａ）～（Ｃ）には、左から右にかけて、３Ｄパターン、ＺＸ面でのパターン、ＺＹ面でのパターンを示す。
【0049】
図８（Ａ）～（Ｃ）に示すように、３Ｄパターン、ＺＸ面でのパターン、ＺＹ面でのパターンは、利得及び指向性の両方において同様の傾向を示した。＋Ｚ方向の利得は、マイクロストリップアンテナ１００Ａでは－２１．７ｄＢｉ、マイクロストリップアンテナ１００Ｂでは－２２．１ｄＢｉ、マイクロストリップアンテナ１００Ｃでは－２２．４ｄＢｉであった。放射素子１２０Ａの本数によって利得及び指向性に大きな変化は生じないことが分かった。
【0050】
図９は、シミュレーションモデルを示す図である。図９（Ａ）に示すマイクロストリップアンテナ１００Ａは、図１に示すマイクロストリップアンテナ１００のシミュレーションモデルである。図９（Ｂ）に示すマイクロストリップアンテナ１００Ｄは、接続線路１４０を１本にしたシミュレーションモデルである。すなわち、マイクロストリップアンテナ１００Ｄは、コプレーナ線路を含まない構成である。図９（Ｃ）に示すマイクロストリップアンテナ５０は、アンテナエレメント１２０の代わりにパッチ電極を含み、接続線路１４０を１本にしたシミュレーションモデルである。すなわち、マイクロストリップアンテナ５０は、パッチ電極を含み、コプレーナ線路を含まない比較用のシミュレーションモデルである。
【0051】
なお、シミュレーションは、マイクロストリップアンテナ１００Ａ、１００Ｄ、５０を基板２０の上面に実装した状態で行った。基板２０は、上面に給電用の配線２１と、平面視で配線２１の三方に位置するグランド層２２とを有する。一例として、配線２１は給電線路１３０の端部１３２（給電部）に接続され、グランド層２２は接地電極１１０とは絶縁されている。
【0052】
一例として、マイクロストリップアンテナ１００Ａにおける長さＬａは６ｍｍ、長さＬｂは２．４３ｍｍ、長さＬｃは０．８２ｍｍ、長さＬｄは６ｍｍである。マイクロストリップアンテナ１００Ｄにおける長さＬａは６ｍｍ、長さＬｂは１．８ｍｍ、長さＬｃは０．５ｍｍ、長さＬｄは６ｍｍである。マイクロストリップアンテナ５０における長さＬａは４．９５ｍｍ、長さＬｂは０ｍｍ、長さＬｃは０．５ｍｍ、長さＬｄは４．９５ｍｍである。
【0053】
【0054】
図１０（Ａ）～（Ｃ）に示すように、ＶＳＷＲが２の場合の帯域幅は、マイクロストリップアンテナ１００Ａでは２．６ＭＨｚであるが、マイクロストリップアンテナ１００ＤではＶＳＷＲの最小値は約４、マイクロストリップアンテナ５０ではＶＳＷＲの最小値は約５．８であった。コプレーナ線路１５０である場合と、コプレーナ線路１５０ではない場合とでＶＳＷＲの周波数特性に違いが生じることが分かった。ただし、マイクロストリップアンテナ１００ＤのＶＳＷＲの周波数特性のレベルは、マイクロストリップアンテナ５０のＶＳＷＲの周波数特性のレベルよりも良好であることが確認できた。
【0055】
図１１は、放射特性を示す図である。図１１（Ａ）～（Ｃ）には、それぞれ、マイクロストリップアンテナ１００Ａ、１００Ｄ、５０のシミュレーションモデルで得た放射特性を示す。図１１（Ａ）～（Ｃ）には、左から右にかけて、３Ｄパターン、ＺＸ面でのパターン、ＺＹ面でのパターンを示す。
【0056】
図１１（Ａ）～（Ｃ）に示すように、図１１（Ａ）～（Ｃ）に示す３Ｄパターン、ＺＸ面でのパターン、ＺＹ面でのパターンは、コプレーナ線路１５０である場合と、コプレーナ線路１５０ではない場合とで違いが生じることが分かった。＋Ｚ方向の利得は、マイクロストリップアンテナ１００Ａでは－２１．７ｄＢｉ、マイクロストリップアンテナ１００Ｄでは－２１．８ｄＢｉ、マイクロストリップアンテナ１００Ｃでは－２５．２ｄＢｉであった。
【0057】
コプレーナ線路１５０を含むマイクロストリップアンテナ１００Ａでは、放射特性がＸ軸に対して対称となるため、偏波がＸ軸上にある。これに対して、マイクロストリップアンテナ１００Ｄ、５０では、偏波がＸ軸からずれることが分かった。
【0058】
また、コプレーナ線路１５０を含むマイクロストリップアンテナ１００Ａでは、給電部における入力インピーダンスの５０Ωマッチングがとりやすく、給電部からの放射が抑えられる。これに対して、コプレーナ線路１５０を含まないマイクロストリップアンテナ１００Ｄ、５０では、給電部における入力インピーダンスの５０Ωマッチングをとるのは難しいことが確認できた。
【0059】
また、コプレーナ線路１５０を含むマイクロストリップアンテナ１００Ａでは、利得の最大方向が天頂（＋Ｚ方向）になるが、マイクロストリップアンテナ１００Ｄ、５０では、利得の最大方向がずれるということを確認した。
【0060】
以上のように、比誘電率εｒが９３の高誘電率セラミック製の基板１０に、４本の放射素子１２０Ａと３本の接続素子１２０Ｂとを有するアンテナエレメント１２０を設け、コプレーナ線路１５０で接地電極１１０と接続することにより、Ｘ方向及びＹ方向の一辺が約０．０２λ０で、厚さが約０．００６λ０の表面実装型のマイクロストリップアンテナ１００を提供することができる。この表面実装型のマイクロストリップアンテナ１００の体積は約０．１ｃｍ３である。
【0061】
したがって、小形化が可能なマイクロストリップアンテナ１００を提供することができる。
【0062】
接続素子１２０Ｂは、複数の放射素子１２０Ａの延在方向における中央部１２０Ａ１を接続するので、接続素子１２０Ｂに対して放射素子１２０Ａが対称的に配置され、放射素子１２０Ａの延在方向において対称的な放射特性が得られる。
【0063】
また、複数の放射素子１２０Ａの延在方向における長さは等しいので、放射素子１２０Ａの延在方向と接続素子１２０Ｂの延在方向とにおいて均等な放射特性（平面的に均等な放射特性）が得られる。
【0064】
また、複数の放射素子１２０Ａの延在方向と、接続素子１２０Ｂの延在方向とは、平面視で直交するので、放射素子１２０Ａの延在方向と接続素子１２０Ｂの延在方向とにおいて、より均等な放射特性（平面的により均等な放射特性）が得られる。
【0065】
また、給電線路１３０の端部１３１と、接続線路１４０の＋Ｘ方向側の端に位置する放射素子１２０Ａに接続される端部１４１とは、基板１０の上面１０Ｂに設けられるので、放射素子１２０Ａと、給電線路１３０及び接続線路１４０との接続部の作製が容易である。
【0066】
また、接続線路１４０は、給電線路１３０を挟んで延在し、給電線路１３０とともにコプレーナ線路１５０を構成する２本の接続線路１４０であるので、給電線路１３０の入力インピーダンスの整合を取りやすく、給電線路１３０の入力インピーダンスを５０Ωに設定することができる。
【0067】
なお、以上では、マイクロストリップアンテナ１００が２本の接続線路１４０を含み、給電線路１３０とコプレーナ線路１５０を構成する形態について説明したが、図９（Ｂ）に示すマイクロストリップアンテナ１００Ｄのように接続線路１４０は１本であってもよい。給電線路１３０の端部１３２（給電部）の入力インピーダンスが５０Ωからずれるため、放射特性が劣化するが、例えば構成上の制約等がある場合には、このような構成であってもよい。
【0068】
また、以上では、９２０ＭＨｚで共振するアンテナエレメント１２０を含むマイクロストリップアンテナ１００について説明したが、共振周波数は９２０ＭＨｚに限られるものではない。
【0069】
また、以上では、アンテナエレメント１２０が４本の放射素子１２０Ａを含む形態について説明したが、放射素子１２０Ａは２本以上あれば何本であってもよい。例えば、放射素子１２０Ａが３本であれば図６（Ｂ）に示すマイクロストリップアンテナ１００Ｂのような構成になり、放射素子１２０Ａが２本であれば図６（Ｃ）に示すマイクロストリップアンテナ１００Ｃのような構成になる。
【0070】
【0071】
マイクロストリップアンテナ１００Ｍ１は、放射素子１２０Ａの先端にスリット１２１Ａ、１２２Ａを追加するとともに、接続素子１２０Ｂにスリット１２１Ｂ、１２２Ｂを追加した構成を有する。スリット１２１Ａ、１２２Ａは、放射素子１２０Ａに設けた細長い開口部であり、スリット１２１Ｂ、１２２Ｂは、接続素子１２０Ｂに設けた細長い開口部である。
【0072】
スリット１２１Ａ、１２２Ａは、放射素子１２０Ａの＋Ｙ方向側の端部と－Ｙ方向側の端部とに設けられている。スリット１２１Ａ、１２２Ａは、放射素子１２０ＡのＹ方向における先端側から、この順番で設けられている。スリット１２１Ａ、１２２Ａは、Ｘ方向に長手方向を有する長方形であり、放射素子１２０ＡのＸ方向の幅の略全体にわたっている。一例として、スリット１２１Ａ、１２２Ａのサイズは等しい。
【0073】
また、マイクロストリップアンテナ１００Ｍ１の放射素子１２０Ａは、スリット１２１Ａの４辺のうちの３辺に隣接する線路１２１Ａ１と、スリット１２２Ａの４辺のうちの３辺に隣接する線路１２２Ａ１とを有する。
【0074】
＋Ｙ方向側のスリット１２１Ａの４辺のうちの３辺に隣接する線路１２１Ａ１は、スリット１２１Ａの４辺のうちの＋Ｘ方向側と－Ｘ方向側とでＹ方向に延在する２つの辺と、スリット１２１Ａの４辺のうちの＋Ｙ方向側でＸ方向に延在する１つの辺とに隣接するコの字型の線路である。－Ｙ方向側のスリット１２１Ａの４辺のうちの３辺に隣接する線路１２１Ａ１は、スリット１２１Ａの４辺のうちの＋Ｘ方向側と－Ｘ方向側とでＹ方向に延在する２つの辺と、スリット１２１Ａの４辺のうちの－Ｙ方向側でＸ方向に延在する１つの辺とに隣接する線路である。平面視において、＋Ｙ方向側の線路１２１Ａ１と、－Ｙ方向側の線路１２１Ａ１とは、接続素子１２０ＢのＹ方向の幅の中心を通るＸ軸に平行な直線を対称軸として線対称である。
【0075】
＋Ｙ方向側のスリット１２２Ａの４辺のうちの３辺に隣接する線路１２２Ａ１は、スリット１２２Ａの４辺のうちの＋Ｘ方向側と－Ｘ方向側とでＹ方向に延在する２つの辺と、スリット１２２Ａの４辺のうちの＋Ｙ方向側でＸ方向に延在する１つの辺とに隣接するコの字型の線路である。－Ｙ方向側のスリット１２２Ａの４辺のうちの３辺に隣接する線路１２２Ａ１は、スリット１２２Ａの４辺のうちの＋Ｘ方向側と－Ｘ方向側とでＹ方向に延在する２つの辺と、スリット１２２Ａの４辺のうちの－Ｙ方向側でＸ方向に延在する１つの辺とに隣接する線路である。平面視において、＋Ｙ方向側の線路１２２Ａ１と、－Ｙ方向側の線路１２２Ａ１とは、接続素子１２０ＢのＹ方向の幅の中心を通るＸ軸に平行な直線を対称軸として線対称である。
【0076】
スリット１２１Ｂ、１２２Ｂは、接続素子１２０Ｂの＋Ｙ方向側と－Ｙ方向側とに設けられている。＋Ｙ方向側のスリット１２１Ｂ、１２２Ｂは、接続素子１２０Ｂの＋Ｙ方向側から接続素子１２０ＢのＹ方向における幅の中心に向かって、この順番に設けられている。－Ｙ方向側のスリット１２１Ｂ、１２２Ｂは、接続素子１２０Ｂの－Ｙ方向側から接続素子１２０ＢのＹ方向における幅の中心に向かって、この順番に設けられている。
【0077】
また、接続素子１２０Ｂは、Ｙ方向においてスリット１２１Ｂよりも外側に位置する線路１２１Ｂ１と、スリット１２１Ｂ、１２２Ｂの間に位置する線路１２２Ｂ１とを有する。線路１２１Ｂ１、１２２Ｂ１のＸ方向の両端は、隣り合う２本の放射素子１２０Ａに接続されている。
【0078】
作製した表面実装型のマイクロストリップアンテナ１００の共振周波数を所望の共振周波に合わせるための調整を行う際に、線路１２１Ａ１を削って放射素子１２０Ａの長さＬａ及び長さＬｂ（図３参照）を短くすることで、共振周波数を高くすることができる。また、線路１２１Ａ１及び１２２Ａ１を削って放射素子１２０Ａの長さＬａ及び長さＬｂ（図３参照）をさらに短くすることで、共振周波数をさらに高くすることができる。
【0079】
ここで、図１２及び図１３に示すマイクロストリップアンテナ１００Ｍ１は、８つのスリット１２１Ａを有する。共振周波数を合わせるための調整を行う際には、８つの線路１２１Ａ１をすべて削る必要はなく、１つずつ削ることによって少しずつ共振周波数を高く調整することができる。また、１つの線路１２１Ａ１を削る際にも、線路１２１Ａ１の全体を削らなくても、例えばＸ方向に延在する辺の中央部を削るだけでも共振周波数を高くすることができる。
【0080】
同様に、８組の線路１２１Ａ１及び１２２Ａ１をすべて削る必要はなく、１組ずつ削ることによって少しずつ共振周波数を高く調整することができる。また、１組の線路１２１Ａ１及び１２２Ａ１を削る際にも、線路１２１Ａ１及び１２２Ａ１の全体を削らなくても、例えばＸ方向に延在する辺の中央部を削るだけでも共振周波数を高くすることができる。
【0081】
また、作製した表面実装型のマイクロストリップアンテナ１００の共振周波数を所望の共振周波に合わせるための調整を行う際に、線路１２１Ｂ１を削って放射素子１２０Ａの長さＬｂ（図３参照）を長くすることで、共振周波数を低くすることができる。また、線路１２１Ｂ１及び１２２Ｂ１を削って長さＬｂ（図３参照）を長くすることで、共振周波数をさらに低くすることができる。
【0082】
ここで、図１２及び図１３に示すマイクロストリップアンテナ１００Ｍ１は、８つのスリット１２１Ｂを有する。共振周波数を合わせるための調整を行う際には、８つの線路１２１Ｂ１をすべて削る必要はなく、１つずつ削ることによって少しずつ共振周波数を低く調整することができる。また、１つの線路１２１Ｂ１を削る際にも、線路１２１Ｂ１の全体を削らなくても、例えばＸ方向における中央部を削るだけでも共振周波数を低くすることができる。
【0083】
同様に、８組の線路１２１Ｂ１及び１２２Ｂ１をすべて削る必要はなく、１組ずつ削ることによって少しずつ共振周波数を低く調整することができる。また、１組の線路１２１Ｂ１及び１２２Ｂ１を削る際にも、線路１２１Ｂ１及び１２２Ｂ１の全体を削らなくても、例えばＸ方向に延在する辺の中央部を削るだけでも共振周波数を低くすることができる。
【0084】
変形例１のマイクロストリップアンテナ１００Ｍ１では、複数の放射素子１２０Ａは、複数の放射素子１２０Ａの接続素子１２０Ｂに接続される中央部１２０Ａ１から見た先端側に設けられるスリット１２１Ａ、１２２Ａを有する。また、接続素子１２０Ｂは、複数の放射素子１２０Ａが延在するＹ方向に配列される複数のスリット１２１Ｂ、１２２Ｂを有する。
【0085】
スリット１２１Ａ、１２２Ａに隣接する線路１２１Ａ１、１２２Ａ１、又は、スリット１２１Ｂ、１２２Ｂに隣接する線路１２１Ｂ１、１２２Ｂ１を削ることにより、マイクロストリップアンテナ１００Ｍ１を作製した後に、共振周波数の調整を行うことができる。
【0086】
図１４及び図１５は、実施形態の第２変形例のマイクロストリップアンテナ１００Ｍ２を示す図である。マイクロストリップアンテナ１００Ｍ２は、放射素子１２０Ａの先端に微小電極１２３Ａ１を追加するとともに、接続素子１２０Ｂにスリット１２３Ｂを追加した構成を有する。スリット１２３Ｂは、接続素子１２０Ｂに設けた細長い開口部である。
【0087】
微小電極１２３Ａ１は、放射素子１２０Ａの先端の＋Ｘ方向側と－Ｘ方向側とに設けられた切り欠き１２３Ａよりも先端側の部分である。切り欠き１２３Ａは、複数の放射素子１２０Ａの延在方向（Ｙ方向）に対して交差するＸ方向側に位置する端辺が切り欠かれた切り欠き部である。
【0088】
作製した表面実装型のマイクロストリップアンテナ１００の共振周波数を所望の共振周波に合わせるための調整を行う際に、切り欠き１２３Ａの間を繋ぐように微小電極１２３Ａ１を削って放射素子１２０Ａの長さＬａ及び長さＬｂ（図３参照）を短くすることで、共振周波数を高くすることができる。このときに、微小電極１２３Ａ１のうち、切り欠き１２３Ａよりも先端側の部分は、島のように残ってもよい。
【0089】
スリット１２３Ｂは、接続素子１２０ＢのＹ方向における幅の中心よりも＋Ｙ方向側と－Ｙ方向側とに１つずつ設けられている。接続素子１２０Ｂは、Ｙ方向においてスリット１２３Ｂよりも外側に位置する線路１２３Ｂ１を有する。線路１２３Ｂ１のＸ方向の両端は、隣り合う２本の放射素子１２０Ａに接続されている。
【0090】
作製した表面実装型のマイクロストリップアンテナ１００の共振周波数を所望の共振周波に合わせるための調整を行う際に、線路１２３Ｂ１を削って放射素子１２０Ａの長さＬｂ（図３参照）を長くすることで、共振周波数を低くすることができる。
【0091】
ここで、図１４及び図１５に示すマイクロストリップアンテナ１００Ｍ２は、８つの微小電極１２３Ａ１を有する。共振周波数を合わせるための調整を行う際には、８つの微小電極１２３Ａ１をすべて削る必要はなく、１つずつ削ることによって少しずつ共振周波数を高く調整することができる。
【0092】
また、図１４及び図１５に示すマイクロストリップアンテナ１００Ｍ２は、８つのスリット１２３Ｂを有する。共振周波数を合わせるための調整を行う際には、８つの線路１２３Ｂ１をすべて削る必要はなく、１つずつ削ることによって少しずつ共振周波数を低く調整することができる。また、１つの線路１２３Ｂ１を削る際にも、線路１２３Ｂ１の全体を削らなくても、例えばＸ方向における中央部を削るだけでも共振周波数を低くすることができる。
【0093】
変形例２のマイクロストリップアンテナ１００Ｍ２では、複数の放射素子１２０Ａは、複数の放射素子１２０Ａの接続素子１２０Ｂに接続される接続部である中央部１２０Ａ１から見た先端側に設けられる微小電極１２３Ａ１及び切り欠き１２３Ａを有する。また、接続素子１２０Ｂは、複数の放射素子１２０Ａが延在するＹ方向に配列される複数のスリット１２３Ｂを有する。
【0094】
微小電極１２３Ａ１及び切り欠き１２３Ａ、又は、スリット１２３Ｂに隣接する線路１２３Ｂ１を削ることにより、マイクロストリップアンテナ１００Ｍ２を作製した後に、共振周波数の調整を行うことができる。
【0095】
以上、本発明の例示的な実施形態のマイクロストリップアンテナについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
【0096】
なお、本国際出願は、２０２１年２月１９日に出願した日本国特許出願２０２１－０２５５１８に基づく優先権を主張するものであり、その全内容は本国際出願にここでの参照により援用されるものとする。
【符号の説明】
【0097】
１０ 基板
１０Ａ 下面（第１表面の一例）
１０Ｂ 上面（第２表面の一例）
１０Ｃ 側面
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｍ１、１００Ｍ２ マイクロストリップアンテナ
１１０ 接地電極
１２０ アンテナエレメント
１２０Ａ 放射素子
１２０Ａ１ 中央部
１２０Ｂ 接続素子
１２０Ｃ ノッチ部
１２１Ａ、１２２Ａ スリット
１２１Ａ１、１２２Ａ１ 線路
１２１Ｂ、１２２Ｂ スリット
１２１Ｂ１、１２２Ｂ１ 線路
１２３Ａ 切り欠き
１２３Ａ１ 微小電極
１２３Ｂ スリット
１２３Ｂ１ 線路
１３０ 給電線路
１３１ 端部（第１端部の一例）
１３２ 端部（第２端部、給電部の一例）
１４０ 接続線路
１４１、１４２ 端部
１０Ａ 下面（第１表面の一例）
１０Ｂ 上面（第２表面の一例）
１０Ｃ 側面
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ、１００Ｍ１、１００Ｍ２ マイクロストリップアンテナ
１１０ 接地電極
１２０ アンテナエレメント
１２０Ａ 放射素子
１２０Ａ１ 中央部
１２０Ｂ 接続素子
１２０Ｃ ノッチ部
１２１Ａ、１２２Ａ スリット
１２１Ａ１、１２２Ａ１ 線路
１２１Ｂ、１２２Ｂ スリット
１２１Ｂ１、１２２Ｂ１ 線路
１２３Ａ 切り欠き
１２３Ａ１ 微小電極
１２３Ｂ スリット
１２３Ｂ１ 線路
１３０ 給電線路
１３１ 端部（第１端部の一例）
１３２ 端部（第２端部、給電部の一例）
１４０ 接続線路
１４１、１４２ 端部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】