JP3194468B2 - マイクロストリップアンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波帯〜ミ
リ波帯の無線信号を送受信するために用いられるアンテ
ナ、並びに、上記無線信号を伝送する給電線路および高
周波回路に関する。特に、本発明は、小型でその厚みが
薄く、また、異なる周波数帯の複数のアンテナを一体に
形成することのできるマイクロストリップアンテナに係
る。本発明の適用例としては、ゲートカードやセキュリ
ティカードなどのパーソナル用無線機、ＡＷＡ（ＡＴＭ
ワイヤレスアクセス）用無線端末機、移動体端末機等が
ある。マルチパスによるフェージングやシャドーイング
の問題により、マルチバンドシステムが提案されている
構内高速無線ＬＡＮでは、平面構造でかつ実装が容易な
小型無線装置が必要とされており、本発明は、このよう
な小型無線装置にも適用可能である。

【０００２】

【従来の技術】マイクロストリップアンテナは小型、軽
量かつ薄型であることから、レーダ、移動体通信、衛星
通信用アンテナとして、様々な分野で応用されている。
また、マイクロストリップアンテナは、アクティブアン
テナに最も適したアンテナである。ここで、アクティブ
アンテナは、同一基板にアンテナ素子、給電回路、能動
デバイスまたは能動回路を一体化したアンテナであり、
装置の小型化、低コスト化、多機能化に有効である。

【０００３】図１４（ａ）は、従来のマイクロストリッ
プアンテナの例を示す斜視図であり、図１４（ｂ）は、
図１４（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図を表わしている。
これらの図において、数字符号１０２はアンテナ素子で
あり、１０１は接地導体であり、１００は誘電体膜であ
る。アンテナ素子１０２、接地導体１０１および誘電体
膜１００により、マイクロストリップアンテナ１０４が
構成されている。

【０００４】また、１０３はストリップ状導体である。
該ストリップ状導体１０３、接地導体１０１および誘電
体膜１００により、マイクロストリップ線路１０５が構
成されている。マイクロストリップ線路１０５を伝搬し
てきた信号は、アンテナ素子１０２と電磁界的に結合
し、マイクロストリップアンテナ１０４を励振する。共
振器の一種であるマイクロストリップアンテナ１０４が
励振されると、空間に電波が放射される。しかし、この
マイクロストリップアンテナでは、給電線路となるマイ
クロストリップ線路１０５が、接地導体１０１に対し
て、電波の放射方向に形成されているため、「マイクロ
ストリップ線路からの不要放射が、マイクロストリップ
アンテナの放射界に影響を与える」という好ましくない
問題を有していた。

【０００５】このような問題を解決するため、従来、以
下に説明するようなマイクロストリップアンテナが考え
られていた。図１５（ａ）は、従来のマイクロストリッ
プアンテナの他の例を示す斜視図であり、図１５（ｂ）
は、図１５（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図を表わしてい
る。これらの図において、数字符号１１２はアンテナ素
子であり、１１１は接地導体であり、１１０は第１の誘
電体膜である。アンテナ素子１１２、接地導体１１１お
よび第１の誘電体膜１１０により、マイクロストリップ
アンテナ１１４が構成されている。

【０００６】また、１１３はストリップ状導体であり、
１１５は第２の誘電体膜である。ストリップ状導体１１
３、第２の誘電体膜１１５および接地導体１１１によ
り、マイクロストリップ線路１１６が構成されている。
また、１１７は、接地導体１１１に形成されたスロット
である。マイクロストリップ線路１１６を伝搬してきた
信号は、スロット１１７を介して、アンテナ素子１１２
と電磁界的に結合し、マイクロストリップアンテナ１１
４を励振する。

【０００７】図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すマ
イクロストリップアンテナは、給電線路となるマイクロ
ストリップ線路１１６が、接地導体１１１に対してアン
テナ素子１１２の反対側にあるので、マイクロストリッ
プ線路１１６からの不要放射がマイクロストリップアン
テナ１１４の放射界に与える影響はほとんどない。

【０００８】図１４（ａ）および図１４（ｂ）および図
１５（ａ）および図１５（ｂ）に示したマイクロストリ
ップアンテナの特性は、第１の誘電体膜１１０（または
１００）の比誘電率，誘電正接（ｔａｎδ）および厚さ
（ｈ）と、アンテナ素子１０２（または１１２）の導電
率（σ）とにより求められる。

【０００９】図１６は、表面波を考慮しない場合におけ
る円形マイクロストリップアンテナの放射効率と無負荷
Ｑとの関係例を示すグラフである。（Ｋ．Ｈｉｒａｓａ
ｗａａｎｄ Ｍ．Ｈａｎｅｉｓｈｉ，”Ａｎａｌｙｓｉ
ｓ，Ｄｅｓｉｇｎ，ａｎｄＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏ
ｆ Ｓｍａｌｌ ａｎｄ Ｌｏｗ−Ｐｒｏｆｉｌｅ Ａ
ｎｔｅｎｎａｓ，”Ａｒｔｅｃｈ Ｈｏｕｓｅ，Ｎｏｒ
ｗｏｏｄ，ＭＡ０２０６２ 参照）

【００１０】ここで、Ｓを定在波比（ＶＳＷＲ）とする
と、アンテナの帯域幅ＢＷは、次式で示される。

【数１】

【００１１】このように、アンテナの帯域幅は無負荷Ｑ
に反比例するので、図１６に示すように、良好なアンテ
ナ特性（高い放射効率、広い帯域幅、等）を得るために
は、誘電体膜の厚さｈが厚いことが好ましい。しかし、
厚さｈが大きくなると表面波による損失が無視できなく
なるとともに、厚さｈがある程度以上大きくなると、誘
電体膜の厚さ方向に高次モードが励起され、マイクロス
トリップアンテナとして良好に動作しなくなる。従っ
て、良好なアンテナを設計する場合、誘電体膜の厚さｈ
は最も重要な設計パラメータである。一般的に、マイク
ロストリップアンテナでは、中心周波数の波長の１／５
０〜１／２０の厚さを有する誘電体膜を用いる場合が多
い。

【００１２】一方、マイクロストリップアンテナは軽
量、薄型である等多くの優れた利点を有する反面、単一
周波数動作であり、かつＱ値が高く帯域幅が狭いため、
広範な利用に供するためには広帯域化は避けて通れない
課題であった。これらの課題に対して、従来より、以下
に示す２周波共用マイクロストリップアンテナが開発さ
れている。図１７（ａ）は、従来の２周波共用マイクロ
ストリップアンテナの例を示す平面図であり、図１７
（ｂ）は、図１７（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図を表わ
している。この図に示す２周波共用マイクロストリップ
アンテナは、２枚の誘電体膜１００を積層し、その膜間
および膜上に同一寸法のアンテナ素子１０２を形成した
ものである。各アンテナ素子１０２は、誘電体膜１００
の反対面に形成された接地導体１０１側から、給電ピン
２００で、直接給電される。ここで、上下に配置された
アンテナ素子１０２は電磁界成分の境界条件が異なり、
これによって、等価的な誘電率が異なるため、この図に
示すマイクロストリップアンテナは、２周波共用マイク
ロストリップアンテナとして動作する。すなわち、上側
の誘電体膜１００の比誘電率をεｒ1とし、下側の誘電
体膜１００の比誘電率をεｒ2とすると、上に配置され
たアンテナ素子１０２の等価誘電率は（εｒ1＋１）／
２、下に配置されたアンテナ素子１０２の等価誘電率は
（εｒ1＋εｒ2）／２と近似的に表される。マイクロス
トリップアンテナの誘電体膜としてよく利用されるテフ
ロン基板やＰＴＦＥ基板（比誘電率εｒは２．５５程
度）等では、等価誘電率の変化が少なく、２つのアンテ
ナ素子は接近した周波数で共振する。したがって、一方
のアンテナ素子にとって最適な基板厚の誘電体膜を用い
ると、他方のアンテナ素子にとって最適な基板厚が得ら
れない場合もあり、効率の低下や帯域幅の減少を招く。

【００１３】上記問題点を解決するマイクロストリップ
アンテナを図１８（ａ）および図１８（ｂ）に示す。図
１８（ａ）は、従来の２周波共用マイクロストリップア
ンテナの他の例を示す平面図であり、図１８（ｂ）は、
図１８（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図を表わしている。
この図に示す２周波共用マイクロストリップアンテナで
は、２つのアンテナ素子１０２ａ，１０２ｂの大きさが
異なる。これにより、上側に形成された大きなアンテナ
素子１０２ａは低周波用として動作し、下側に形成され
た小さなアンテナ素子１０２ｂは高周波用として動作す
る。したがって、各アンテナ素子に対する誘電体膜の厚
さを最適にすることが可能となる。しかし、これまでに
述べた２周波共用マイクロストリップアンテナは、給電
ピン２００を用いて給電を行うため、「給電ピンからの
不要放射が、アンテナ素子の放射磁界に影響を与える」
という好ましくない問題を有していた。

【００１４】上記問題点を解決するマイクロストリップ
アンテナを図１９（ａ）および図１９（ｂ）に示す。図
１９（ａ）は、従来の２周波共用マイクロストリップア
ンテナの他の例を示す平面図であり、図１９（ｂ）は、
図１９（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図を表わしている。
この図に示す２周波共用マイクロストリップアンテナで
は、接地導体１０１を挟んで、アンテナ素子１０２ａ，
１０２ｂと反対側に、ストリップ状導体１１３を形成す
る。そして、各アンテナ素子１０２ａ，１０２ｂは、ス
ロット１１７を介して、ストリップ状導体１１３と電磁
界結合し、励振される。また、この図に示す２周波共用
マイクロストリップアンテナでも、図１８（ａ）および
図１８（ｂ）と同様に、２つのアンテナ素子１０２ａ，
１０２ｂの大きさが異なる。これにより、上側に形成さ
れた大きなアンテナ素子１０２ａは低周波用として動作
し、下側に形成された小さなアンテナ素子１０２ｂは高
周波用として動作する。したがって、各アンテナ素子１
０２ａ，１０２ｂに対する誘電体膜の厚さを最適にする
ことが可能となる。しかし、これまでに述べた２周波共
用マイクロストリップアンテナは、誘電体膜の厚さが２
つの動作周波数帯に対して最適であるため、さらに別の
周波数帯に対して良好に動作するアンテナを同時に実現
することが困難であり、マルチバンドアンテナを実現す
ることは困難であった。

【００１５】上記問題点を解決するマイクロストリップ
アンテナを図２０（ａ）および図２０（ｂ）に示す。図
２０（ａ）は、従来の２周波共用マイクロストリップア
ンテナの他の例を示す平面図であり、図２０（ｂ）は、
図２０（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図を表わしている。
この図に示す２周波共用マイクロストリップアンテナで
は、共振長の異なる半波長プリントダイポール２０１ａ
〜２０１ｆを誘電体膜１００上に配列し、接地導体１０
１を挟んで、該半波長プリントダイポール２０１ａ〜２
０１ｆと反対側に、ストリップ状導体１１３を形成す
る。そして、各半波長プリントダイポール２０１ａ〜２
０１ｆは、スロット１１７を介して、ストリップ状導体
１１３と電磁界結合し、励振される。これにより、この
図に示す２周波共用マイクロストリップアンテナは、マ
ルチバンドアンテナとして動作する。

【００１６】しかし、この２周波共用マイクロストリッ
プアンテナでは、各半波長プリントダイポール２０１ａ
〜２０１ｆは、同じ誘電体膜１００上に形成されている
ため、最適に動作する周波数範囲は狭くなる。また、各
半波長プリントダイポール２０１ａ〜２０１ｆは、スロ
ット１１７と結合されることにより、励振するため、該
スロット１１７上に配列できる半波長プリントダイポー
ルの数には、物理的な制限が生じる。このように、図２
０（ａ）および図２０（ｂ）に示す方法では、動作周波
数の大きく異なるマイクロストリップアンテナを同じ誘
電体膜上に同時に形成することは困難であった。すなわ
ち、従来の２周波共用マイクロストリップアンテナで
は、広い周波数範囲において任意でかつ複数の動作周波
数に対して良好に動作するマルチバンドアンテナを同時
に実現することが困難であった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来のマイクロストリップアンテナでは、超広帯域の周波
数範囲（マイクロ波帯〜ミリ波帯）の中で、任意でかつ
複数の動作周波数に対して、各アンテナがそれぞれ最適
な基板厚を有し、良好に動作できるマルチバンドアンテ
ナを同じ基板に同時に形成することができなかった。

【００１８】本発明は上述した従来の問題を解決するた
めになされたものであり、超広帯域の周波数範囲（マイ
クロ波帯〜ミリ波帯）の中で、任意でかつ複数の動作周
波数に対して、各アンテナがそれぞれ最適な基板厚を有
し、良好に動作できるマルチバンドアンテナを同じ基板
に同時に形成することができるとともに、電子回路を一
体化することが製造的に容易な、小型、薄型で多機能な
マイクロストリップアンテナを得ることを目的としてい
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
互いに比誘電率および膜厚の異なる複数種類の誘電体膜
を、各誘電体膜毎にそれぞれ積層し、該積層により構成
された複数の多層誘電体膜同士を、さらに積層した多層
誘電体基板と、アンテナ素子と、前記アンテナ素子の接
地導体である接地導体膜とを具備し、前記アンテナ素子
は、前記多層誘電体基板を構成するいずれかの誘電体膜
の膜面に形成され、前記接地導体膜は、前記多層誘電体
基板を構成するいずれかの誘電体膜の膜面に形成され、
前記アンテナ素子が形成される誘電体膜の膜面と前記接
地導体膜が形成される誘電体膜の膜面は異なることを特
徴とする。請求項２記載の発明は、請求項１記載のマイ
クロストリップアンテナにおいて、前記接地導体膜を挟
んで前記アンテナ素子と向き合い、かつ、前記多層誘電
体基板を構成するいずれかの誘電体膜の膜面に接して形
成された高周波線路と、前記接地導体膜に形成され、か
つ、前記高周波線路に入力された信号を、前記アンテナ
素子へ電磁界的に結合し、該アンテナ素子を励振するス
ロットとを具備することを特徴とする。請求項３記載の
発明は、請求項１記載のマイクロストリップアンテナに
おいて、前記接地導体膜を挟んで前記アンテナ素子と向
き合い、かつ、前記多層誘電体基板を構成するいずれか
の誘電体膜の膜面に接して形成された高周波線路と、前
記接地導体膜に形成されたスロットと、前記高周波線路
の一端と前記アンテナ素子とを、前記スロットの箇所で
直接接続し、該アンテナ素子を励振する導体とを具備す
ることを特徴とする。請求項４記載の発明は、請求項３
記載のマイクロストリップアンテナにおいて、前記導体
はスルーホールであることを特徴とする。請求項５記載
の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の
マイクロストリップアンテナにおいて、前記高周波線路
はマイクロストリップ線路であることを特徴とする。請
求項６記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれ
かに記載のマイクロストリップアンテナにおいて、前記
高周波線路はトリプレート線路であることを特徴とす
る。請求項７記載の発明は、請求項１ないし請求項６の
いずれかに記載のマイクロストリップアンテナにおい
て、前記アンテナ素子を複数具備することを特徴とす
る。請求項８記載の発明は、請求項１ないし請求項７の
いずれかに記載のマイクロストリップアンテナにおい
て、前記多層誘電体基板を構成するいずれかの誘電体膜
の表面に接し、かつ、前記アンテナ素子の送受信信号を
処理する電子回路を具備することを特徴とする。請求項
９記載の発明は、請求項１ないし請求項８のいずれかに
記載のマイクロストリップアンテナにおいて、前記接地
導体膜に接し、かつ、前記アンテナ素子の送受信信号を
処理する電子回路を具備することを特徴とする。請求項
１０記載の発明は、請求項１ないし請求項９のいずれか
に記載のマイクロストリップアンテナにおいて、前記多
層誘電体基板を構成する誘電体膜の一部が除去されてい
ることを特徴とする。請求項１１記載の発明は、請求項
１ないし請求項１０のいずれかに記載のマイクロストリ
ップアンテナにおいて、前記多層誘電体膜同士が互いに
接する面に回路素子が設けられていることを特徴とす
る。請求項１２記載の発明は、請求項１１記載のマイク
ロストリップアンテナにおいて、前記回路素子はキャパ
シタであることを特徴とする。請求項１３記載の発明
は、請求項１１記載のマイクロストリップアンテナにお
いて、前記回路素子は抵抗であることを特徴とする。請
求項１４記載の発明は、請求項１ないし請求項１３のい
ずれかに記載のマイクロストリップアンテナにおいて、
前記複数種類の誘電体膜の少なくとも一種類はアルミナ
セラミックであることを特徴とする。請求項１５記載の
発明は、請求項１ないし請求項１３のいずれかに記載の
マイクロストリップアンテナにおいて、前記複数種類の
誘電体膜の少なくとも一種類はポリイミドであることを
特徴とする。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、この発明
の実施形態について説明する。図１（ａ）は、本発明の
第１の実施形態を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図
１（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図を表わしている。これ
らの図において、数字符号１は第１の誘電体膜、２は第
２の誘電体膜、１１は接地導体、１２はアンテナ素子、
１３はストリップ状導体、１４はマイクロストリップア
ンテナ、１５はマイクロストリップ線路、１６はスロッ
トを表わしている。

【００２１】誘電体膜１および誘電体膜２の膜面を、そ
れぞれ図１（ｂ）に示すように、下から１ａ、１ｂ、１
ｃ、１ｄおよび２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅとする。
膜面１ｃに接地導体１１が形成され、膜面２ｅにアンテ
ナ素子１２が形成されている。該アンテナ素子１２は、
膜面１ｃより上に位置する誘電体膜１および誘電体膜２
を誘電体基板として、マイクロストリップアンテナ１４
として動作する。

【００２２】また、膜面１ｂにストリップ導体１３が形
成されている。該ストリップ状導体１３、誘電体膜１お
よび接地導体１１により、マイクロストリップ線路１５
が形成されている。この図において、マイクロストリッ
プ線路１５を伝搬してきた信号は、上記接地導体１１に
形成されたスロット１６を介して、アンテナ素子１２と
電磁界的に結合し、マイクロストリップアンテナ１４を
励振する。共振器の一種であるマイクロストリップアン
テナ１４が励振されると、図１（ｂ）において上方へ電
波が放射される。

【００２３】図１の実施形態によれば、上記接地導体１
１およびアンテナ素子１２を誘電体膜１または誘電体膜
２のいずれかの膜間に形成することが可能である。ま
た、上記誘電体膜２の膜厚は、誘電体膜１のそれに比べ
て薄い。そのため、図２に示す第２の実施形態のよう
に、接地導体やアンテナ素子の形成位置を、１１ａや１
２ａのように変えることにより、マイクロストリップア
ンテナの誘電体基板の厚さを自由に変えることができ
る。従って、任意の周波数帯に対して良好なアンテナ特
性を得るための基板厚が得られる。ゆえに、送信周波数
と受信周波数が大きく離れている場合や、使用周波数帯
が大きく異なる場合であっても、いずれの周波数帯でも
良好に動作するマイクロストリップアンテナを、図２に
示すように、同時に形成することができる。

【００２４】また、図２において、給電線路であるマイ
クロストリップ線路１５，１５ａと、アンテナ素子１
２，１２ａとは、接地導体膜１１，１１ａにより互いに
遮蔽されているため、マイクロストリップ線路１５，１
５ａからの不要放射磁界の影響を抑圧することができ
る。

【００２５】また、第１の誘電体膜１として、アルミ
ナ、窒化アルミニウム、シリコンなどを用いることによ
り、アンテナ素子１２が小型になる。また、これらの材
料の熱膨張率が、マイクロ波・ミリ波帯で用いられる半
導体材料の熱膨張率とよく一致しているため、半導体基
板上に形成した電子回路との一体化が容易であるととも
に、多機能なアンテナ装置が実現できる。また、誘電体
膜２の比誘電率を誘電体膜１の比誘電率に比べて小さく
することにより、高い周波数で用いるマイクロストリッ
プアンテナの等価誘電率を小さくできるため、帯域特性
の優れたアンテナを実現できる。

【００２６】図３（ａ）および図３（ｂ）は、図２に示
す構造を用いたマイクロストリップアンテナのリターン
ロス特性の測定結果を示すグラフである。このマイクロ
ストリップアンテナでは、１０ＧＨｚ帯マイクロストリ
ップアンテナと１８ＧＨｚ帯マイクロストリップアンテ
ナとを同時に形成してある。図３（ａ）は１０ＧＨｚ帯
マイクロストリップアンテナの特性を示し、図３（ｂ）
は１８ＧＨｚ帯マイクロストリップアンテナの特性を示
す。なお、第１の誘電体膜１、第２の誘電体膜２、１０
ＧＨｚ帯マイクロストリップアンテナおよび１８ＧＨｚ
帯マイクロストリップアンテナの構造パラメータは、表
１および表２に示す通りである。

【００２７】なお、測定に用いたマイクロストリップア
ンテナは、オンウェハ評価を行なうため、給電線路を接
地導体に対してアンテナ素子と同じ側に形成し、スルー
ホールを用いて直接給電している。また、表２中のアン
テナ素子、接地導体およびマイクロストリップ線路の中
心導体の形成位置については、図１（ｂ）に示す膜面１
ａ、１ｃ、２ａ、２ｅを用いて示している。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】図３（ａ）および図３（ｂ）より、周波数
帯の大きく異なるマイクロストリップアンテナ（１０Ｇ
Ｈｚ帯アンテナと１８ＧＨｚ帯アンテナ）を、同程度の
比帯域を持たせて、同時に形成できることが分かる。

【００３１】また、第２の誘電体膜２の比誘電率および
膜厚が第１の誘電体膜１の比誘電率および膜厚より小さ
いので、例えば、上記の多層誘電体膜を用いれば、２０
０ＧＨｚを越す周波数帯でのマイクロストリップアンテ
ナ（中心周波数の波長の１／５０〜１／２０の厚さを有
する誘電体膜を具備したマイクロストリップアンテナ）
も実現可能であり、任意かつ複数の異なった使用周波数
帯のマイクロ波帯・ミリ波帯マイクロストリップアンテ
ナを、同時に実現することができる。

【００３２】図４は、本発明の第３の実施形態を示す断
面図である。この図において、図１（ａ）および（ｂ）
と同一のものについては同一の数字符号を付している。
図４において、図１（ａ）および（ｂ）と同様に、数字
符号１は第１の誘電体膜であり、２は第２の誘電体膜で
ある。誘電体膜１および誘電体膜２の膜面を、それぞれ
下から１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、２ａ、２ｂ、２ｃ、２
ｄ、２ｅとする。膜面１ｃに接地導体１１が形成され、
膜面１ａに接地導体１７が形成され、膜面２ｅにアンテ
ナ素子１２が形成されている。

【００３３】アンテナ素子１２は、膜面１ｃより上に位
置する誘電体膜１および誘電体膜２を誘電体基板とし
て、マイクロストリップアンテナ１４として動作する。
また、膜面１ｂにストリップ導体１３が形成されてい
る。該ストリップ状導体１３、誘電体膜１、接地導体膜
１１および接地導体膜１７により、トリプレート線路１
８が形成されている。

【００３４】次に、動作について説明する。トリプレー
ト線路１８を伝搬してきた信号は、上記接地導体１１に
形成されたスロット１６を介してアンテナ素子１２と電
磁界的に結合し、マイクロストリップアンテナ１４を励
振する。共振器の一種であるマイクロストリップアンテ
ナ１４が励振されると、図４において上方へ電波が放射
される。

【００３５】従来、トリプレート線路を用いたときにお
いて、接地導体間を伝搬するパラレルプレートモード
（ＴＥＭ波）が発生し、電力漏洩や不要な結合を引き起
こす等の問題が生じていた。これらの問題に対しては、
給電点（スロット）付近において、接地導体間を短絡ピ
ンなどで接続する方法が有効であるが、第３の実施形態
によれば、この短絡ピンを、従来のような半田を用いず
に、スルーホールを用いて形成することが可能となる。

【００３６】図５は、本発明の第４の実施形態を示す断
面図である。この図において、図１（ａ）および図１
（ｂ）と同一のものについては同一の数字符号を付して
いる。図５において、数字符号１は第１の誘電体膜であ
り、２は第２の誘電体膜である。図１の場合と同様に、
誘電体膜１および誘電体膜２の膜面を、それぞれ下から
１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２
ｅとする。

【００３７】膜面１ｃに接地導体１１が形成され、膜面
２ｅにアンテナ素子１２が形成されている。アンテナ素
子１２は、膜面１ｃより上に位置する誘電体膜１および
誘電体膜２を基板として、マイクロストリップアンテナ
１４として動作する。また、膜面１ｂにストリップ導体
１３が形成されている。該ストリップ状導体１３、誘電
体膜１および接地導体１１により、マイクロストリップ
線路１５が形成されている。

【００３８】次に、動作について説明する。マイクロス
トリップ線路１５を伝搬してきた信号は、スルーホール
１９を介してマイクロストリップアンテナ１４を直接励
振する。ここで、スルーホール１９は、ストリップ導体
１３の一端とアンテナ素子１２とを接続している。そし
て、共振器の一種であるマイクロストリップアンテナ１
４が励振されると、図５において上方へ電波が放射され
る。

【００３９】図６は、本発明の第５の実施形態を示す断
面図である。この図において、各数字符号は、これまで
に説明した他の実施形態における数字符号と同様であ
る。この実施形態は、マイクロストリップ線路とトリプ
レート線路というように、給電方法の異なる２つのアン
テナを一体化して構成した例を示している。本発明のマ
イクロストリップアンテナでは、このように、異なった
種類の給電方法が混在しても良い。

【００４０】図７（ａ）および図７（ｂ）は、本発明の
第６の実施形態を示す断面図である。この図において、
数字符号２０は、半導体基板上に形成した電子回路を示
しており、他の数字符号は他の実施形態の数字符号と同
様である。本実施形態では、半導体基板上に形成した電
子回路２０を、マイクロストリップアンテナに一体化し
て構成する。

【００４１】また、図７（ａ）および図７（ｂ）に示す
マイクロストリップアンテナは、それぞれ電子回路２０
を２つ有しているが、これらの図では、該電子回路２０
の位置が異なる。すなわち、図７（ａ）では、誘電体膜
１の一部が除去され、該除去により露出した接地導体１
１上に、一方の電子回路２０が配設されている。そし
て、同図において、もう一方の電子回路２０は、誘電体
膜１の表面に配設されている。これに対して、図７
（ｂ）では、誘電体膜２の一部が除去され、該除去によ
り露出した誘電体膜１上に、一方の電子回路２０が配設
されている。そして、同図において、もう一方の電子回
路２０は、誘電体膜２の表面に配設されている。

【００４２】このように、本発明のマイクロストリップ
アンテナは、半導体基板上に形成した電子回路と一体化
して、高周波回路からアンテナ素子までの伝送損失を少
なくすることができると共に、フェーズドアレーアンテ
ナを始めアクティブアンテナを小型、薄型に実現するこ
とができる。また、本発明のマイクロストリップアンテ
ナによれば、多層誘電体膜の一部を取り除き、電子回路
を挿入することにより、電子回路と高周波線路を接続す
るワイヤを短くすることができるので、伝送損失の低減
に効果を有するとともに、より薄型に実現できる。ま
た、電子回路の接地導体としてマイクロストリップアン
テナ１４の接地導体１１を用いたり、半導体基板と熱膨
張率のよく一致した誘電体膜上に電子回路を実装するこ
とにより、電子回路で発生する熱を効率的に放熱でき
る。

【００４３】なお、上記各実施形態では、１つのマイク
ロストリップアンテナを構成するアンテナ素子が１つで
ある例を示したが、本発明は、複数のアンテナ素子を配
列したアレーアンテナにも同様に適用できることは言う
までもない。また、上記各実施形態では、アンテナ素子
として円形のアンテナ素子１２を示したが、他の任意形
状のアンテナ素子でもよい。

【００４４】図８（ａ）は、本発明の第７の実施形態を
示す平面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）における
Ａ・Ａ線断面図を表わしている。この図において、上記
各実施形態の各部分に対応する部分には同一の数字符号
を付け、その説明を省略する。この図に示すマイクロス
トリップアンテナでは、第２の誘電体膜２の膜上に低周
波用の大きなアンテナ素子１２を配置し、第２の誘電体
膜２の膜間に高周波用の小さなアンテナ素子１２ａを配
置している。

【００４５】図９（ａ）は、本発明の第８の実施形態を
示す平面図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）における
Ａ・Ａ線断面図を表わしている。この図において、上記
各実施形態の各部分に対応する部分には同一の数字符号
を付け、その説明を省略する。この図に示すマイクロス
トリップアンテナでは、第２の多層誘電体膜において、
異なった膜上または膜間に、共振長の異なる半波長プリ
ントダイポール２１ａ〜２１ｃを配置している。

【００４６】図８（ａ）および図８（ｂ）および図９
（ａ）および図９（ｂ）に示すマイクロストリップアン
テナでは、膜厚の薄い誘電体膜において異なった膜面に
動作周波数のわずかに異なるアンテナ素子を配置するこ
とにより、アンテナ帯域の広帯域化が実現するととも
に、各アンテナ素子に対する誘電体膜の厚さを最適にす
ることができる。すなわち、本発明の第７および第８の
実施形態に示すマイクロストリップアンテナは、アンテ
ナ特性を劣化することなく、広帯域化を実現することが
できる。

【００４７】また、上記第６実施形態では、第１の多層
誘電体膜または第２の多層誘電体膜の一部を除去し、該
除去により露出した誘電体膜上に電子回路を配設する例
を示したが、該除去により露出した誘電体膜上にアンテ
ナ素子を配置したり、該除去により生じた空間に何も配
置しないことも考えられる。

【００４８】図１０（ａ）は、本発明の第９の実施形態
を示す平面図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に
おけるＡ・Ａ線断面図を表わしている。この図におい
て、上記各実施形態の各部分に対応する部分には同一の
数字符号を付け、その説明を省略する。この図に示すマ
イクロストリップアンテナでは、第２の多層誘電体膜の
一部を除去し、該除去により露出した誘電体膜２上にア
ンテナ素子１２を配置している。これにより、マイクロ
ストリップアンテナ１４の誘電体損失を低減し、放射効
率を改善することができる。

【００４９】また、図１１（ａ）は、本発明の第１０の
実施形態を示す平面図であり、図１１（ｂ）は、図１１
（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図を表わしている。この図
において、上記各実施形態の各部分に対応する部分には
同一の数字符号を付け、その説明を省略する。この図に
示すマイクロストリップアンテナでは、誘電体膜１およ
び誘電体膜２の一部を除去することにより、アンテナ素
子１２の下側に空間２２を形成している。これにより、
アンテナ素子１２の等価誘電率を下げ、利得・帯域を改
善できる。

【００５０】また、上記各実施形態において、第１の多
層誘電体膜と第２の多層誘電体膜との接合面に、回路素
子（キャパシタ、抵抗等）を配置することも考えられ
る。図１２（ａ）は、本発明の第１１の実施形態を示す
平面図であり、図１２（ｂ）は、図１２（ａ）における
Ａ・Ａ線断面図を表わしている。この図において、上記
各実施形態の各部分に対応する部分には同一の数字符号
を付け、その説明を省略する。この図に示すマイクロス
トリップアンテナでは、第１の多層誘電体膜と第２の多
層誘電体膜との接合面に、キャパシタ２３を配置してい
る。該キャパシタ２３は、スルーホール１９およびワイ
ヤボンド２４を介して、電子回路２０に接続されてい
る。これにより、電子回路２０（能動デバイス、ＭＭＩ
Ｃチップ等）を実装するときに不可欠なＤＣバイアス用
チップコンデンサを除去することができ、また、該ＤＣ
バイアス用チップコンデンサの実装作業にかかるコスト
を大幅に低減することができる。また、抵抗を実装した
場合には、該抵抗を利用してウイルキンソンディバイダ
を形成することができるため、端子間のアイソレーショ
ンに優れた給電回路を実現できる。これにより、給電線
路の不整合性によるアンテナ素子相互間の影響を低減で
きる。

【００５１】また、上記各実施形態では、２つの多層誘
電体膜（第１の多層誘電体膜および第２の多層誘電体
膜）を用いているが、多層誘電体膜の数についてはこれ
に限るものではない。図１３（ａ）は、本発明の第１２
の実施形態を示す平面図であり、図１３（ｂ）は、図１
３（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図を表わしている。この
図において、上記各実施形態の各部分に対応する部分に
は同一の数字符号を付け、その説明を省略する。この図
に示すマイクロストリップアンテナでは、誘電体膜１を
積層して第１の多層誘電体膜を形成し、誘電体膜２を積
層して第２の多層誘電体膜を形成し、誘電体膜２５を積
層して第３の多層誘電体膜を形成している。そして、該
３種類の多層誘電体膜が積層されている。さらに、第２
の多層誘電体膜にアンテナ素子１２を設け、第３の多層
誘電体膜にアンテナ素子１２ａを設け、第１の多層誘電
体膜に接地導体１１とストリップ状導体１３を設けてい
る。これにより、接地導体１１を挟んで双方向にマルチ
バンドマイクロストリップアンテナを形成できる。

【００５２】また、上記各実施形態では、各多層誘電体
膜はそれぞれ４層であるが、該多層誘電体膜の層数につ
いてはこれに限るものではない。また、アンテナ素子を
２つ用いて、その端子間を９０度の位相差で励振しても
よい。また、マイクロストリップアンテナに縮退分離素
子を設け、円偏波を励振してもよい。

【００５３】以上、この発明の実施形態を図面を参照し
て詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限ら
れるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の
設計の変更等があってもこの発明に含まれる。

【００５４】

【発明の効果】本発明のマイクロストリップアンテナは
上述のような構成を採っているので、マイクロストリッ
プアンテナのアンテナ素子および接地導体を任意の誘電
体膜間に形成し、マイクロストリップアンテナの誘電体
膜厚を大きな範囲で自由にかつ連続的に変えることがで
きるとともに、異なる膜間に配置された接地導体膜をス
ルーホールを用いて同電位に接続することができる。

【００５５】従って、広い周波数範囲の中から任意の動
作周波数帯に対して良好なアンテナ特性を得るための誘
電体膜の厚さが容易に得られるため、送信周波数と受信
周波数が大きく離れていたり、動作周波数帯の大きく異
なるマイクロストリップアンテナを形成することが可能
となる。

【００５６】また、異なる膜厚を有する各誘電体膜の１
層当たりの膜厚や膜数を変えることが可能であるため、
任意でかつ複数の異なった周波数帯で動作するマルチバ
ンドマイクロ波帯・ミリ波帯アンテナを同じ基板に同時
に実現できる。また、膜厚の薄い誘電体膜の異なった膜
面にわずかに共振周波数の異なるアンテナ素子を形成す
ることにより、各アンテナ素子の特性を劣化することな
く、広帯域化を図ることができる。

【００５７】また、各多層誘電体膜の比誘電率がお互い
に異なるため、高い誘電率の誘電体膜を用いることによ
り、アンテナ素子を小型に実現できるとともに、低い誘
電率の誘電体膜を用いることによりアンテナの利得、効
率を向上することができる。

【００５８】また、誘電体膜としてアルミナ、窒化アル
ミニウム、シリコンなどを用いることにより、マイクロ
波・ミリ波帯で用いられる半導体材料と熱膨張率がよく
一致しているため、半導体基板上に回路を構成するモノ
リシックマイクロ波集積回路（ＭＭＩＣ）との一体化が
容易であるとともに、アクティブアンテナなどの多機能
なアンテナ装置が実現できる。

【００５９】また、異なる誘電体膜の接合面にキャパシ
タや抵抗等の回路要素を配置することにより、チップコ
ンデンサを用いずに電子回路や能動素子を実装できるた
めアクティブアンテナの低コスト化に効果を有する。ま
た、端子間のアイソレーション特性に優れたウイルキン
ソンディバイダを用いて給電回路を構成できるため、給
電回路によるアンテナ素子間結合を低減できる。

【００６０】さらに、多層構造の特徴を活かして給電回
路やバイアス回路を自由にレイアウトできるとともに、
給電回路および給電方法の自由度が従来に比較して大き
い。すなわち、スルーホールを用いた直接給電、スロッ
トを介した電磁界結合給電ができるとともに、給電線路
としてマイクロストリップ線路およびトリプレート線路
を用いることができる。また、トリプレート線路におい
て問題となる不要モードの抑圧に有効な短絡ピンを、半
田を用いずに、スルーホールで形成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態を示す斜視図
であり、（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図で
ある。

【図２】本発明の第２の実施形態を示す断面図である。

【図３】（ａ）は１０ＧＨｚ帯マイクロストリップアン
テナのリターンロス特性の測定結果を示すグラフであ
り、（ｂ）は１８ＧＨｚ帯マイクロストリップアンテナ
のリターンロス特性の測定結果を示すグラフである。

【図４】本発明の第３の実施形態を示す断面図である。

【図５】本発明の第４の実施形態を示す断面図である。

【図６】本発明の第５の実施形態を示す断面図である。

【図７】（ａ）、（ｂ）は共に本発明の第６の実施形態
を示す断面図である。

【図８】（ａ）は本発明の第７の実施形態を示す平面図
であり、（ｂ）は図８（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図で
ある。

【図９】（ａ）は本発明の第８の実施形態を示す平面図
であり、（ｂ）は図９（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図で
ある。

【図１０】（ａ）は本発明の第９の実施形態を示す平面
図であり、（ｂ）は図１０（ａ）におけるＡ・Ａ線断面
図である。

【図１１】（ａ）は本発明の第１０の実施形態を示す平
面図であり、（ｂ）は図１１（ａ）におけるＡ・Ａ線断
面図である。

【図１２】（ａ）は本発明の第１１の実施形態を示す平
面図であり、（ｂ）は図１２（ａ）におけるＡ・Ａ線断
面図である。

【図１３】（ａ）は本発明の第１２の実施形態を示す平
面図であり、（ｂ）は図１３（ａ）におけるＡ・Ａ線断
面図である。

【図１４】（ａ）は従来のマイクロストリップアンテナ
の例を示す斜視図であり、（ｂ）は図１４（ａ）におけ
るＡ・Ａ線断面図である。

【図１５】（ａ）は従来のマイクロストリップアンテナ
の他の例を示す斜視図であり、（ｂ）は図１５（ａ）に
おけるＡ・Ａ線断面図である。

【図１６】円形マイクロストリップアンテナの放射効率
と無負荷Ｑとの関係例を示すグラフである。

【図１７】（ａ）は従来の２周波共用マイクロストリッ
プアンテナの例を示す平面図であり、（ｂ）は図１７
（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図である。

【図１８】（ａ）は従来の２周波共用マイクロストリッ
プアンテナの他の例を示す平面図であり、（ｂ）は図１
８（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図である。

【図１９】（ａ）は従来の２周波共用マイクロストリッ
プアンテナの他の例を示す平面図であり、（ｂ）は図１
９（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図である。

【図２０】（ａ）は従来の２周波共用マイクロストリッ
プアンテナの他の例を示す平面図であり、（ｂ）は図２
０（ａ）におけるＡ・Ａ線断面図である。

【符号の説明】

１，２，２５……誘電体膜、 １１，１１ａ，１７……
接地導体、１２，１２ａ……アンテナ素子、 １３……
ストリップ状導体、１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ……
マイクロストリップアンテナ、１５，１５ａ……マイク
ロストリップ線路、 １６……スロット、１８……トリ
プレート線路、 １９……スルーホール、２０……電子
回路、２１ａ，２１ｂ，２１ｃ……半波長プリントダイ
ポール、２２……空間、 ２３……キャパシタ、 ２４
……ワイヤボンド

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−221007（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−182102（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−129825（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−254008（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−286204（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−21203（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−102721（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−3612（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−57810（ＪＰ，Ｕ) 1996年電子情報通信学会総合大会ＳＣ −１−11 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 13/08

Claims (15)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに比誘電率および膜厚の異なる複数
   種類の誘電体膜を、各誘電体膜毎にそれぞれ積層し、該
   積層により構成された複数の多層誘電体膜同士を、さら
   に積層した多層誘電体基板と、アンテナ素子と、 前記アンテナ素子の接地導体である接地導体膜とを具備
   し、 前記アンテナ素子は、前記多層誘電体基板を構成するい
   ずれかの誘電体膜の膜面に形成され、 前記接地導体膜は、前記多層誘電体基板を構成するいず
   れかの誘電体膜の膜面に形成され、 前記アンテナ素子が形成される誘電体膜の膜面と前記接
   地導体膜が形成される誘電体膜の膜面は異なる ことを特
   徴とするマイクロストリップアンテナ。
2. 【請求項２】 請求項１記載のマイクロストリップアン
   テナにおいて、 前記接地導体膜を挟んで前記アンテナ素子と向き合い、
   かつ、前記多層誘電体基板を構成するいずれかの誘電体
   膜の膜面に接して形成された高周波線路と、 前記接地導体膜に形成され、かつ、前記高周波線路に入
   力された信号を、前記アンテナ素子へ電磁界的に結合
   し、該アンテナ素子を励振するスロットとを具備するこ
   とを特徴とするマイクロストリップアンテナ。
3. 【請求項３】 請求項１記載のマイクロストリップアン
   テナにおいて、 前記接地導体膜を挟んで前記アンテナ素子と向き合い、
   かつ、前記多層誘電体基板を構成するいずれかの誘電体
   膜の膜面に接して形成された高周波線路と、 前記接地導体膜に形成されたスロットと、 前記高周波線路の一端と前記アンテナ素子とを、前記ス
   ロットの箇所で直接接続し、該アンテナ素子を励振する
   導体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。
4. 【請求項４】 請求項３記載のマイクロストリップアン
   テナにおいて、 前記導体はスルーホールであることを特徴とするマイク
   ロストリップアンテナ。
5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載のマイクロストリップアンテナにおいて、 前記高周波線路はマイクロストリップ線路であることを
   特徴とするマイクロストリップアンテナ。
6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
   載のマイクロストリップアンテナにおいて、 前記高周波線路はトリプレート線路であることを特徴と
   するマイクロストリップアンテナ。
7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれかに記
   載のマイクロストリップアンテナにおいて、 前記アンテナ素子を複数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。
8. 【請求項８】 請求項１ないし請求項７のいずれかに記
   載のマイクロストリップアンテナにおいて、 前記多層誘電体基板を構成するいずれかの誘電体膜の表
   面に接し、かつ、前記アンテナ素子の送受信信号を処理
   する電子回路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。
9. 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれかに記
   載のマイクロストリップアンテナにおいて、 前記接地導体膜に接し、かつ、前記アンテナ素子の送受
   信信号を処理する電子回路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。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９のいずれかに
    記載のマイクロストリップアンテナにおいて、 前記多層誘電体基板を構成する誘電体膜の一部が除去さ
    れていることを特徴とするマイクロストリップアンテ
    ナ。
11. 【請求項１１】 請求項１ないし請求項１０のいずれか
    に記載のマイクロストリップアンテナにおいて、 前記多層誘電体膜同士が互いに接する面に回路素子が設
    けられていることを特徴とするマイクロストリップアン
    テナ。
12. 【請求項１２】 請求項１１記載のマイクロストリップ
    アンテナにおいて、 前記回路素子はキャパシタであることを特徴とするマイ
    クロストリップアンテナ。
13. 【請求項１３】 請求項１１記載のマイクロストリップ
    アンテナにおいて、 前記回路素子は抵抗であることを特徴とするマイクロス
    トリップアンテナ。
14. 【請求項１４】 請求項１ないし請求項１３のいずれか
    に記載のマイクロストリップアンテナにおいて、前記複数種類の誘電体膜の少なくとも一種類 はアルミナ
    セラミックであることを特徴とするマイクロストリップ
    アンテナ。
15. 【請求項１５】 請求項１ないし請求項１３のいずれか
    に記載のマイクロストリップアンテナにおいて、前記複数種類の誘電体膜の少なくとも一種類 はポリイミ
    ドであることを特徴とするマイクロストリップアンテ
    ナ。