JP2002009536A - 円偏波パッチアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軸比の周波数帯域が広く、面実装が可能であ
り、実装コストが低く、インピーダンス調整が容易であ
り、しかも小型である円偏波パッチアンテナを提供する
ことを目的とするものである。 【解決手段】 ベース基板の表面にパッチ素子が構成さ
れ、ベース基板の裏面にＧＮＤ導体が構成され、パッチ
素子における互いに直交する２つの中心線のそれぞれと
パッチ素子の縁との交点で、２つの給電導体がパッチ素
子と容量結合または共振結合され、上記２つの給電導体
に給電する２つの給電端子が、ベース基板の側面に構成
されている円偏波パッチアンテナである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、移動体通信、ロー
カル・エリア・ネットワーク、ＩＴＳ、ＥＴＣ、ＧＰＳ
等に使用する円偏波のパッチアンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】図８は、従来の円偏波パッチアンテナＰ
Ａ１１を示す斜視図である。

【０００３】従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１１は、
誘電体ベース基板１と、その表面（おもて面）に構成さ
れているパッチ素子２と、その裏面に設けられているＧ
ＮＤ導体３と、給電導体４と、その側面に構成されてい
る給電端子５とによって構成されている。

【０００４】従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１１にお
いて、パッチ素子２と給電端子５とは、ギャップを介し
て容量的に結合され、また、給電端子５と給電端子５と
は導通している。

【０００５】また、パッチ素子２は、全体的には矩形型
であり、その互いに対向する２つのコーナーのエッジが
面取りされている。このように構成されたパッチアンテ
ナＰＡ１１は、面取り量を調整することによって、円偏
波を励振することが可能であり、また、給電端子５を側
面に構成することが可能であるので、面実装が可能であ
る。

【０００６】図９は、従来の円偏波パッチアンテナＰＡ
１２を示す斜視図である。

【０００７】従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１２は、
誘電体ベース基板１と、その表面（おもて面）に構成さ
れているパッチ素子２ａと、パッチ素子２ａに対向する
裏面に配されているＧＮＤ導体３と、給電ピンＰ１、Ｐ
２と、給電用ハイブリッド回路６１と、終端抵抗６１３
とによって構成されている。

【０００８】ここで、矩形型パッチ素子２ａと給電ピン
Ｐ１、Ｐ２とは導通され、給電ピンＰ１、Ｐ２のそれぞ
れは、矩形型パッチ素子２ａにおける互いに直交する２
つの中心線上に構成され、給電ピンＰ１、Ｐ２のそれぞ
れは、入力インピーダンスが整合するような位置に配置
されている。

【０００９】また、ハイブリッド回路６１は、ストリッ
プライン６１１、６１２によって構成され、ＩＮ端子か
ら入力された電波は、給電ピンＰ１、Ｐ２に、互いに９
０度位相がずれて到達する。これによって、２給電方式
の円偏波励振が可能になる。このように、２給電方式に
することによって、広帯域化が可能になる。

【００１０】図１０は、従来の円偏波パッチアンテナＰ
Ａ１３を示す斜視図である。

【００１１】従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１３は、
誘電体ベース基板１と、その表面（おもて面）に構成さ
れているパッチ素子２ｂと、パッチ素子２ｂに対向する
裏面に配されているＧＮＤ導体３と、給電用ストリップ
ラインＳＬａ、ＳＬｂと、給電端子５ａ、５ｂとによっ
て構成されている。

【００１２】従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１３は、
パッチアンテナＰＡ１２の給電方法をストリップライン
にしたものであり、基本的な構成方法は、パッチアンテ
ナＰＡ１２と同じである。上記のようにストリップライ
ン方式にすることによって、面実装が可能になる。

【００１３】また、特開平７−７３２１号公報には、ハ
イブリッド回路を内蔵したアンテナが示されている。こ
の従来例では、２つの放射導体が直交するように配置さ
れ、それぞれに、ハイブリッド回路を介して、給電する
ものである。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の円
偏波パッチアンテナＰＡ１１は、軸比の周波数帯域が狭
く、広帯域を必要とする用途には、使用できないという
問題がある。

【００１５】上記従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１２
は、ピン給電方式であるので、面実装ができず、実装コ
ストが高いという問題があり、また、インピーダンス調
整が困難であるという問題がある。

【００１６】上記従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１３
は、給電用ストリップラインＳＬａ、ＳＬｂの長さがあ
る程度必要になるので、小型化できないという問題があ
る。

【００１７】また、特開平７−７３２１号公報に開示さ
れている従来例では、２素子を９０度に配置する必要が
あり、面積が大きいという問題がある。

【００１８】本発明は、軸比の周波数帯域が広く、面実
装が可能であり、実装コストが低く、インピーダンス調
整が容易であり、しかも小型である円偏波パッチアンテ
ナを提供することを目的とするものである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ベース基板の
表面にパッチ素子が構成され、ベース基板の裏面にＧＮ
Ｄ導体が構成され、パッチ素子における互いに直交する
２つの中心線のそれぞれとパッチ素子の縁との交点で、
２つの給電導体がパッチ素子と容量結合または共振結合
され、上記２つの給電導体に給電する２つの給電端子
が、ベース基板の側面に構成されている円偏波パッチア
ンテナである。

【００２０】

【発明の実施の形態および実施例】図１は、本発明の第
１の実施例である円偏波パッチアンテナＰＡ１を示す斜
視図である。

【００２１】円偏波パッチアンテナＰＡ１は、セラミッ
ク、樹脂、セラミックと樹脂のコンポジット材料のうち
で少なくとも１つによって構成されている誘電体または
磁性体のベース基板１１と、ベース基板１１の表面（お
もて面）１１Ｓ１に構成されている矩形のパッチ素子２
１と、ベース基板１１の裏面１１Ｓ２に構成されている
ＧＮＤ導体３１と、給電導体４１ａ、４１ｂと、給電端
子５１ａ、５１ｂとによって構成されている。

【００２２】ＧＮＤ導体３１は、パッチ素子２１の励振
用ＧＮＤ導体である。

【００２３】給電導体４１ａ、４１ｂは、ベース基板１
１の表面１１Ｓ１上で、パッチ素子２１上の互いに直交
する中心線２１Ｌａ、２１Ｌｂのそれぞれと、パッチ素
子２１の縁との交点２１Ｐａ、２１Ｐｂにおいて、パッ
チ素子２１と容量的に結合されている。

【００２４】給電端子５１ａ、５１ｂは、給電導体４１
ａ、４１ｂに給電するためにベース基板１１の側面１１
Ｓ３に構成されている。

【００２５】ベース基板１１の表面（おもて面）１１Ｓ
１は、ベース基板における第１の面の例であり、裏面１
１Ｓ２は、ベース基板における第１の面と対向する第２
の面の例であり、側面１１Ｓ３は、上記ベース基板にお
ける上記第１、２の面とは異なる面の例である。

【００２６】パッチ素子２１は、上記ベース基板の１つ
の面である第１の面に構成されているパッチ素子の例で
ある。ＧＮＤ導体３１は、上記第２の面に構成されてい
るパッチ素子の励振用ＧＮＤ導体の例である。

【００２７】また、中心線２１Ｌａ、２１Ｌｂは、上記
ベース基板の上記第１の面で、上記パッチ素子の中心点
２１Ｐｃを通過し互いに直交する中心線の例である。給
電導体４１ａ、４１ｂは、上記２つの中心線と、上記パ
ッチ素子の縁との交点で、容量結合または共振結合され
ている２つの給電導体の例である。

【００２８】給電端子５１ａ、５１ｂは、上記２つの給
電導体に給電するために、上記ベース基板における上記
第１、２の面とは異なる面である第３の面に構成されて
いる２つの給電端子の例である。

【００２９】図２は、円偏波パッチアンテナＰＡ１にハ
イブリッド回路６１を接続した状態を示す図である。

【００３０】円偏波パッチアンテナＰＡ１における２つ
の給電端子５１ａ、５１ｂに、ハイブリッド回路６１が
接続されている。

【００３１】ハイブリッド回路６１は、λ／４の長さを
具備するストリップライン６１１、６１２によって構成
され、終端抵抗６１３が接続されている。

【００３２】このようにすることによって、ＩＮ端子か
ら入力された信号は、給電端子５１ａ、５１ｂに分配さ
れ、この場合、上記入力信号の位相が９０度ずれた状態
で、給電端子５１ａと５１ｂとに到達する。このよう
に、互いに独立に励振された信号は、パッチ素子２１上
で、直交する共振状態になり、これによって、円偏波パ
ッチアンテナＰＡ１は、軸比の周波数特性が非常に広帯
域である円偏波を励振する。

【００３３】図３は、本発明の第２の実施例である円偏
波パッチアンテナＰＡ２を示す展開図である。

【００３４】円偏波パッチアンテナＰＡ２は、円偏波パ
ッチアンテナＰＡ１と、ベース基板１１ａと、ハイブリ
ッド回路６２とによって構成されている。ベース基板１
１ａは、ベース基板１１と同様の基板である。

【００３５】図３に示す円偏波パッチアンテナＰＡ１
は、図１に示す円偏波パッチアンテナＰＡ１と同じもの
であるが、説明の都合上、ＧＮＤ導体３１が削除された
ものであるとし、この削除されたＧＮＤ導体３１の代わ
り、ＧＮＤ導体３１と同様のＧＮＤ導体３２が、ベース
基板１１ａに設けられている。

【００３６】ＧＮＤ導体３２には、２つのくり抜き部が
設けられ、これらのくり抜き部に、ＧＮＤ導体３２と絶
縁された状態で、給電用ランド５１１ａ、５１１ｂが設
けられている。

【００３７】ハイブリッド回路６２は、ベース基板１１
ａの裏面に構成され、これと同一面内に、終端抵抗６２
３が設けられている。ハイブリッド回路６２は、λ／４
の長さを具備するストリップライン６２１、６２２によ
って構成されている。

【００３８】また、給電端子５１ａ、５１ｂの図３中、
下部が、それぞれ、給電用ランド５１１ａ、５１１ｂに
接続され、スルーホールを介して、ハイブリッド回路６
２２接続されている。

【００３９】このように、ハイブリッド回路６２が、円
偏波パッチアンテナＰＡ２のベース基板に一体的に収容
されているので、全体の形状を小型にすることができ
る。

【００４０】図４は、本発明の第３の実施例である円偏
波パッチアンテナＰＡ３を示す斜視図である。

【００４１】円偏波パッチアンテナＰＡ３は、円偏波パ
ッチアンテナＰＡ１において、その側面に設けられてい
る給電端子５１ａ、５１ｂの代わりに、スルーホールを
利用した給電端子５３ａ、５３ｂを設けたものである。

【００４２】円偏波パッチアンテナＰＡ３を複数個同時
に製造する場合、ベース基板１３の複数個分の大きさの
ベース基板を分割することによって、複数のベース基板
１３を製造し、このときに、ベース基板１３の側面１３
Ｓ３に、スルーホールの半分が位置するように、スルー
ホールの位置を設定する。そして、ベース基板１３を分
割すると、上記スルーホールが約半分に切断され、これ
によって、凹部Ｃａ、Ｃｂが形成され、この凹部Ｃａ、
Ｃｂにそれぞれ、給電端子５３ａ、５３ｂが形成され
る。

【００４３】なお、ベース基板１３、表面（おもて面）
１３Ｓ１、裏面１３Ｓ２、側面１３Ｓ３，パッチ素子２
３、中心点２３Ｐｃ、中心線２３Ｌａ、２３Ｌｂ、交点
２３Ｐａ、２３Ｐｂ、ＧＮＤ導体３３、給電導体４３
ａ、４３ｂ、給電端子５３ａ、５３ｂは、それぞれ、円
偏波パッチアンテナＰＡ１のベース基板１１、表面（お
もて面）１１Ｓ１、裏面１１Ｓ２、側面１１Ｓ３，パッ
チ素子２１、中心点２１Ｐｃ、中心線２１Ｌａ、２１Ｌ
ｂ、交点２１Ｐａ、２１Ｐｂ、ＧＮＤ導体３１、給電導
体４１ａ、４１ｂ、給電端子５１ａ、５１ｂに対応する
ものである。

【００４４】図５は、本発明の第４の実施例である円偏
波パッチアンテナＰＡ４を示す斜透視図である。

【００４５】図６は、円偏波パッチアンテナＰＡ４を示
す展開図である。

【００４６】円偏波パッチアンテナＰＡ４は、円偏波パ
ッチアンテナＰＡ１のベース基板１１と同様のベース基
板１４、１４１、１４２、１４３の内部に、ハイブリッ
ド回路６４を設けた実施例であり、ハイブリッド回路６
４は、ストリップラインで構成されている。つまり、ハ
イブリッド回路６４は、パッチ素子の励振用ＧＮＤ導体
３４と、第２のＧＮＤ導体３４１との間に、ストリップ
ラインとして構成されている回路である。

【００４７】円偏波パッチアンテナＰＡ４は、ベース基
板１４、１４１、１４２、１４３と、ベース基板１４の
図６中、上面に構成されている矩形のパッチ素子２１
と、ベース基板１４１の図６中、上面に構成されている
パッチ素子励振用ＧＮＤ導体３４と、ベース基板１４３
の図６中、上面に構成されているＧＮＤ導体３４１と、
給電導体４３ａ、４３ｂと、給電端子５３ａ、５３ｂ
と、ハイブリッド回路６４とによって構成されている。

【００４８】給電導体４３ａ、４３ｂは、ベース基板１
４の上面上で、パッチ素子２１上の互いに直交する２つ
の中心線のそれぞれと、パッチ素子２１の縁との交点に
おいて、パッチ素子２１と容量的に結合されている。

【００４９】給電端子５３ａ、５３ｂは、給電導体４３
ａ、４３ｂに給電するためにベース基板１４、１４１、
１４２、１４３の側面に構成されている。

【００５０】また、４つのコーナー部のそれぞれには、
１／４スルーホール（スルーホールをダイシング等によ
って１／４に割ったもの）３３ｃが設けられ、この１／
４スルーホールは、ＧＮＤ導体３４と３４１とを接続す
るためのものである。

【００５１】ハイブリッド回路６４は、ベース基板１４
２の図６中、上面に設けられ、λ／４の長さを具備する
ストリップライン６４１、６４２によって構成されてい
る。

【００５２】円偏波パッチアンテナＰＡ４を製造する場
合、ベース基板１４３、１４２、１４１、１４の順で積
層し、プレス等によって一体化することによって、図５
に示すハイブリッド回路内蔵型の円偏波パッチアンテナ
ＰＡ４が形成される。

【００５３】図７は、従来例である円偏波パッチアンテ
ナＰＡ１１と、上記実施例である円偏波パッチアンテナ
ＰＡ１、ＰＡ２との周波数特性を示す図である。

【００５４】図７（１）は、反射特性であるＶＳＷＲの
周波数特性を示す図である。図７（１）において、二点
鎖線で示す特性８ａは、従来の円偏波パッチアンテナＰ
Ａ１１のＶＳＷＲ特性である。一点鎖線で示す特性８１
は、実施例の円偏波パッチアンテナＰＡ１のＶＳＷＲ特
性である。破線で示す特性８２は、ハイブリッド回路６
２がベース基板に内蔵されている円偏波パッチアンテナ
ＰＡ２のＶＳＷＲ特性である反射特性である。

【００５５】アンテナを接続した状態でハイブリッド回
路の入力部から反射特性を見ると、破線の特性８２にな
るので、ハイブリッド一体型の円偏波パッチアンテナＰ
Ａ２では、破線の特性８２に示すように非常に広帯域の
反射特性となるが、放射損失に対する反射特性は、一点
鎖線の特性８１と同等である。

【００５６】図７（２）は、軸比の周波数特性を示す図
である。図７（２）において、二点鎖線で示す特性９ａ
は、従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１１の軸比特性で
ある。破線で示す特性９２は、ハイブリッド回路６２が
ベース基板に内蔵されている円偏波パッチアンテナＰＡ
２の軸比特性である。

【００５７】これらのように、２給電の容量結合で構成
した上記実施例の円偏波パッチアンテナは、広帯域化が
可能である。

【００５８】また、上記実施例は、インピーダンスの調
整、パターン調整が容易である。

【００５９】さらに、パッチ素子２１、ＧＮＤ導体３
１、３２、３４、３４１、給電端子５１ａ、５１ｂ、５
３ａ、５３ｂ、ストリップライン６１、６４等の導体
は、金、銀、銅、パラジウム、白金、銀パラジウム、銀
白金、アルミニウム等の導体を、印刷、めっき、蒸着、
スパッタ、エッチング等によって構成したものである。

【００６０】ＧＮＤ導体３１、３２、３４は、第１の面
と対向するベース基板における第２の面に構成されてい
るパッチ素子の励振用ＧＮＤ導体の例であり、また、上
記第１の面と対向し、ベース基板内に存在する面にパッ
チ素子の励振用ＧＮＤ導体を構成するようにしてもよ
い。

【００６１】給電導体４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂ
は、パッチ素子の中心点を通過しパッチ素子上で互いに
直交する２つの中心線のそれぞれと、パッチ素子の縁と
の交点で容量結合または共振結合されている２つの給電
導体の例であり、また、給電導体４１ａ、４１ｂを、ベ
ース基板の側面に設けるようにしてもよい。

【００６２】また、上記各実施例は、移動体通信、ロー
カル・エリア・ネットワーク、ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉ
ｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＥＴ
Ｃ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔ
ｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）、ＧＰＳ等に使用することがで
きる円偏波のパッチアンテナである。

【００６３】

【発明の効果】本発明の円偏波パッチアンテナは、軸比
の周波数帯域が広く、面実装が可能であり、実装コスト
が低く、インピーダンス調整が容易であり、小型である
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例である円偏波パッチアン
テナＰＡ１の斜視図である。

【図２】円偏波パッチアンテナＰＡ１にハイブリッド回
路６１を接続した状態を示す図である。

【図３】本発明の第２の実施例である円偏波パッチアン
テナＰＡ２の展開図である。

【図４】本発明の第３の実施例である円偏波パッチアン
テナＰＡ３の斜視図である。

【図５】本発明の第４の実施例である円偏波パッチアン
テナＰＡ４の斜透視図である。

【図６】円偏波パッチアンテナＰＡ４を示す展開図であ
る。

【図７】従来例である円偏波パッチアンテナＰＡ１１
と、上記実施例である円偏波パッチアンテナＰＡ１、Ｐ
Ａ２との周波数特性を示す図である。

【図８】従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１１を示す斜
視図である。

【図９】従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１２を示す斜
視図である。

【図１０】従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１３を示す
斜視図である。

【符号の説明】

ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３、ＰＡ４…円偏波パッチアンテ
ナ、 １１、１１ａ、１３、１４、１４１、１４２、１４３…
ベース基板、 １１Ｓ１…ベース基板の表面（おもて面）、 １１Ｓ２…ベース基板の裏面、 １１Ｓ３…ベース基板の側面、 ２１…パッチ素子、 ２１Ｐｃ…中心、 ２１Ｐａ、２１Ｐｂ…交点、 ２１Ｌａ、２１Ｌｂ…中心線、 ３１、３２、３４…パッチ素子の励振用ＧＮＤ導体、 ３４１…ＧＮＤ導体、 ４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂ…給電導体、 ５１ａ、５１ｂ、５３ａ、５３ｂ…給電端子、 ６１、６４…ハイブリッド回路、 ６１１，６１２，６４１，６４２…ストリップライン。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セラミック、樹脂、セラミックと樹脂と
   のコンポジット材料のうちの少なくとも１つによって構
   成されている誘電体または磁性体のベース基板と；上記
   ベース基板の１つの面である第１の面に構成されている
   パッチ素子と；上記第１の面と対向する上記ベース基板
   における第２の面、または、上記第１の面と対向する上
   記ベース基板内の面に構成されているパッチ素子の励振
   用ＧＮＤ導体と；上記パッチ素子の中心点を通過し上記
   パッチ素子上で互いに直交する２つの中心線のそれぞれ
   と、上記パッチ素子の縁との交点で容量結合または共振
   結合されている２つの給電導体と；上記２つの給電導体
   のそれぞれに給電するために、上記第１、２の面とは異
   なる上記ベース基板における第３の面に構成されている
   ２つの給電端子と；を有することを特徴とする円偏波パ
   ッチアンテナ。
2. 【請求項２】 請求項１において、 ＩＮ端子から入力された信号の位相を９０度ずらすハイ
   ブリッド回路が、上記円偏波パッチアンテナと一体化さ
   れていることを特徴とする円偏波パッチアンテナ。
3. 【請求項３】 請求項２において、 上記ハイブリッド回路は、上記ベース基板と積層されて
   いることを特徴とする円偏波パッチアンテナ。
4. 【請求項４】 請求項３において、 上記パッチ素子から見て、上記パッチ素子の励振用ＧＮ
   Ｄ導体とは反対側に設けられ、上記ベース基板に固着さ
   れている第２のＧＮＤ導体を有し、 上記ハイブリッド回路は、上記パッチ素子の励振用のＧ
   ＮＤ導体と、上記第２のＧＮＤ導体との間に、ストリッ
   プラインとして構成されている回路であることを特徴と
   する円偏波パッチアンテナ。