JP2000307333A

JP2000307333A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2000307333A
Application number: JP11117555A
Authority: JP
Inventors: Yuta Sugiyama; 雄太杉山; Hiroshi Aoyama; 博志青山; Koji Fukamachi; 幸治深町
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1999-04-26
Filing date: 1999-04-26
Publication date: 2000-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】パッチ状の放射導体をもつマイクロストリッ
プアンテナ素子を用いたアンテナ装置において、容易に
指向性を制御できるようにすること。【解決手段】円形若しくは方形のパッチ状の放射導体
２を持つマイクロストリップアンテナ素子と、このアン
テナ素子を外部環境から保護するための保護カバー４と
を有するアンテナ装置において、保護カバー４に厚手部
１０あるいは比誘電率の高い材質よりなる異種カバー部
９を設けることにより、厚手部１０あるいは異種カバー
部９の下部より放射される電波の位相を遅らせ、電波の
放射方向を傾けたものである。

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、準マ
イクロ波あるいはミリ波を用いる無線システムにおいて
用いられるアンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】アンテナに要求される指向性はそれが用
いられるシステムに依存する。例えば高速道路における
自動料金収集システム（以下ETCと略す)に用いられる
５．８GHzの無線通信システムにおいては、自動車内に
設けられたETC車載器は、自動車前方にある地上固定局
と交信するが、前記ETC車載器には有指向性のアンテナ
が要求される。その際アンテナの指向性は、自動車前方
において利得が高くなることが望ましい。このようなマ
イクロ波通信において有指向性アンテナが要求される場
合には、円形若しくは方形のパッチ状の放射導体を持つ
マイクロストリップアンテナ（以下、パッチアンテナと
略す。）が安価で良く用いられる。

【０００３】ところが、パッチアンテナにおいては、そ
の指向性は素子の正面方向に向いている。このためアン
テナの指向性を前方に傾けるためには、アンテナ素子自
体を前方に傾けるか、あるいはアンテナ素子をアレイ化
するなどの手段が従来必要であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、アンテ
ナ素子を傾けるという方法では、次のような不都合が発
生する。まず、アンテナ素子のみを傾け、接続される周
辺回路などを載せた基板は水平とした場合、周辺回路基
板とアンテナ給電点の間の接続距離が長くなってしま
い、利得低下やインピーダンス不整合を招いてしまう。
そして、構造が複雑で製造の自動化が難しくなる等の問
題が出てくる。また、一方、周辺回路基板をアンテナ素
子と一緒に傾けてしまう場合は、周辺回路との接続距離
は短くてすむが、大きな回路基板が傾いているためにカ
バーも含めた装置全体としては高さが高くなり、装置の
小型化に支障をきたしてしまう。

【０００５】また、アンテナをアレイ化するという方法
では、複数個の放射導体を必要とするためアンテナ素子
自体が大きくなったり、高価格になってしまう。

【０００６】そこで本発明では、パッチ状の放射導体を
もつマイクロストリップアンテナ素子を用いたアンテナ
装置において、上記のような問題を起すこと無く、容易
に指向性を制御できるアンテナの構造を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のアンテナ装置
は、円形若しくは方形のパッチ状の放射導体を持つマイ
クロストリップアンテナ素子と、前記アンテナ素子を外
部環境から保護するための保護カバーとを有するアンテ
ナ装置において、前記保護カバーに厚手部を設けること
により、前記厚手部の下部より放射される電波の位相を
遅らせ、電波の放射方向を傾けたことを特徴とする。

【０００８】このとき、前記厚手部が、前記放射導体の
一方の端部の上部を覆うようにすることで、より選択的
に厚手部の下部から放射される電波の位相を遅らせるこ
とになり、効果的にアンテナから放射される電波の放射
方向を傾けることが可能となる。

【０００９】また、前記厚手部の幅は、あまり狭いとそ
こを通過していく電波が少なくなるため本発明の効果が
小さくなる。したがって、前記厚手部は放射導体の幅よ
り広いことが望ましい。

【００１０】また、本発明の別の手段としては、円形若
しくは方形のパッチ状の放射導体を持つマイクロストリ
ップアンテナ素子と、前記アンテナ素子を外部環境から
保護するための保護カバーとを有するアンテナ装置にお
いて、前記保護カバーの一部に、比誘電率の高い材質で
形成した異種カバー部を設けることにより、前記異種カ
バー部の下部より放射される電波の位相を遅らせ、アン
テナの最大放射方向を傾けることが可能となる。

【００１１】この場合は、アンテナ装置の薄型化を必要
とし厚手部を設けることが困難な場合に特に有効であ
る。そして同様に、前記異種カバー部は放射導体の一方
の端部の上部を覆うようにすることで、より選択的に異
種カバー部の下部から放射される電波の位相を遅らせ、
効果的にアンテナから放射される電波の放射方向を傾け
ることが可能となる。また、前記異種カバー部の幅は、
あまり狭いとそこを通過していく電波が少なくなるため
本発明の効果が小さくなる。したがって、前記異種カバ
ー部は放射導体の幅より広いことが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】次に、本発明を、図面に示す実施
例に基づき説明する。まず、図２は保護カバーの厚みに
変化のない従来のアンテナ装置を示した断面図である。
図において、１は誘電体基板、２は放射導体、３は接地
導体、４はアンテナ装置の保護カバー、５は放射導体へ
の給電ピンである。また、図においてａは、パッチアン
テナにおいて電界が最も強くなる部分であり、アンテナ
装置の電波は、この部分から特に強く放射されるので、
ここを電波の放射源と考えることができる。パッチアン
テナにおいては、放射源は２つあり、これらは向かい合
った端部にある。これらをそれぞれ放射源a、放射源ｂ
とすると、放射源ａ，ｂは同位相で電波を放射するた
め、そのままでは２つの放射源ａ，ｂから等距離となる
面、即ちθ=90°において電波が同位相で重なり合い、
強め合うことになる。

【００１３】図１（ａ）は本発明の一実施例を示した断
面図であり、図１（ｂ）は正面図である。パッチアンテ
ナの構成は上記した従来例と同じであるが、保護カバー
４については、放射源ｂ付近の上部において厚みの厚い
厚手部１０を設けてある。こうすることにより、放射源
ａから放射される電波はそのまま従来と同様に遠方に放
射されるが、放射源ｂから放射される電波は大部分が保
護カバーの厚くなった厚手部１０を通って遠方に放射さ
れることになる。電波の伝播速度は比誘電率のマイナス
０．５乗に比例するため、比誘電率が大きい厚手部の中
では、電波の速度は遅くなり、したがって厚手部を通っ
た電波はその分だけ遠方への到達時間が遅れることにな
る。つまり位相でいえば、位相が遅れることになる。具
体的には厚手部の厚みと放射源ａの上部における保護カ
バーの厚みとの差をΔｈとすれば、放射源ｂから角度θ
方向に放射され、厚手部を通った電波は、その位相が

【００１４】

【数１】

【００１５】だけ遅れることとなる。ここでεrは保護
カバーの比誘電率であり、λは放射される電波の空気中
での波長である。

【００１６】一方、電波の伝播距離は放射源ａからの方
が放射源ｂよりL×cosだけ長くなることになる。したが
ってこの距離の差による放射源ａからの電波の位相の遅
れは

【００１７】

【数２】

【００１８】となる。ここでLは放射導体の辺長であ
る。したがって両者の位相の遅れが等しくなる角度、す
なわち

【００１９】

【数３】

【００２０】をみたす角度θにおいて、２つの電波の位
相が同じになり、この方向に電波は強く放射されること
となる。以上のような原理で、パッチアンテナにおいて
は放射方向を傾けることが可能になる。

【００２１】次に、図４に示すような保護カバー４の一
部を、比誘電率の高い材質で形成した場合についてであ
るが、この場合も異種カバー９内を通過する電波は、そ
の高い誘電率のために他の保護カバーを通過する電波よ
り遅れることになる。したがって上記と同様に、この位
相の遅れが、伝播距離の差による遅れと等しくなる角度
において位相は同位相となり、電波が強め合うことにな
る。こうして、結果的に放射方向を傾けることが可能と
なる。

【００２２】

【実施例】（実施例１）本発明によるアンテナ装置の実
施例１について説明する。図１（ａ）は本実施例の断面
図であり、図１（ｂ）は正面図である。本例の保護カバ
ー４は比誘電率４からなるＡＢＳ樹脂材料を用いて作成
した。図3は本発明の効果を検証するために、上部の厚
みが均一な保護カバーの場合と本発明による保護カバー
を用いたアンテナ装置とした場合の放射効率を示したグ
ラフで、点線が前者の、実線が後者の場合のグラフであ
る。従来の場合では、最も電波が強い放射方向は、放射
導体から垂直方向になるのに対し、本発明による場合で
は、放射方向がθ＝８０°においてもっとも放射が強く
なっている。したがって、この最大放射方向は従来より
約１０°傾いている。また、θ＝３０°においては、従
来より２．３ｄB電波強度が改善されており、傾き方向
にある無線機器との通信におけるエラーレートの低減
や、信号・雑音比の改善が見込まれ、本発明の効果が確
認できた。

【００２３】（実施例２）次に図４は本発明の他の実施
例を示すもので、アンテナ上部で保護カバーを、比誘電
率の高い材料を用いた異種カバー部９とすることにより
放射方向を制御したアンテナ装置を示す。本例では、異
種カバー部の材料として比誘電率の大きいガラスを用
い、その他の部分即ち保護カバー４は比誘電率４のＡＢ
Ｓ樹脂材料を用いて作成した。本実施例のアンテナ装置
において、上記実施例と同様の放射特性を測定したとこ
ろ、放射方向θ＝７５°で電波は最も強くなっており、
約１５°放射方向が傾いていることが確認できた。

【００２４】

【発明の効果】以上に説明したように、パッチアンテナ
を用いたアンテナ装置において、保護カバーの厚み若し
くは材料を変えるという手段により、コストの増加や装
置の高価格化を招くことなく、放射方向を傾けることの
できるアンテナ装置を実現することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は本発明の一実施例に係るアンテナ装置
の断面図である。（ｂ）は同じくアンテナ装置の正面図
である。

【図２】従来の保護カバー上部の厚みが均一なアンテナ
装置の断面図である。

【図３】本発明の実施例１における放射特性を、従来の
アンテナ装置の場合と比較したグラフである。

【図４】本発明の他の実施例に係るアンテナ装置の断面
図である。

【符号の説明】

１：誘電体基板２：放射導体３：接地導体４：保護カバー５：給電ピン９：比誘電率が大きい材料を用いた異種カバー部１０：厚手部ａ：放射源ａｂ：放射源ｂ

フロントページの続きＦターム(参考） 5J020 AA02 BB01 BC13 BD03 CA04 DA03 DA04 5J045 AA21 AB05 AB06 DA10 EA07 HA03 KA01 LA01 NA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円形若しくは方形のパッチ状の放射導体
を持つマイクロストリップアンテナ素子と、前記アンテ
ナ素子を外部環境から保護するための保護カバーとを有
するアンテナ装置において、前記保護カバーに厚手部を
設けることにより、前記厚手部の下部より放射される電
波の位相を遅らせ、電波の放射方向を傾けたことを特徴
とするアンテナ装置。
【請求項２】請求項１のアンテナ装置において、前記厚
手部は、前記放射導体の一方の端部の上部を覆うように
したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】円形若しくは方形のパッチ状の放射導体
を持つマイクロストリップアンテナ素子と、前記アンテ
ナ素子を外部環境から保護するための保護カバーとを有
するアンテナ装置において、前記保護カバーの一部に、
比誘電率の高い材質で形成した異種カバー部を設けるこ
とにより、前記異種カバー部の下部より放射される電波
の位相を遅らせ、電波の放射方向を傾けたことを特徴と
するアンテナ装置。
【請求項４】請求項３のアンテナ装置において、前記異
種カバー部は、放射導体の一方の端部の上部を覆うよう
にしたこと特徴とするアンテナ装置。