JP2003124737A - 円偏波用パッチアンテナ - Google Patents

円偏波用パッチアンテナ

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JP2003124737A
JP2003124737A JP2002003006A JP2002003006A JP2003124737A JP 2003124737 A JP2003124737 A JP 2003124737A JP 2002003006 A JP2002003006 A JP 2002003006A JP 2002003006 A JP2002003006 A JP 2002003006A JP 2003124737 A JP2003124737 A JP 2003124737A
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Jong Cheol Yoon
チェオル ユーン ジョン
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Samsung Electro Mech Co Ltd
三星電機株式会社
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    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/36Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
    • H01Q1/38Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
    • HELECTRICITY
    • H01BASIC ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
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    • H01Q1/12Supports; Mounting means
    • H01Q1/22Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H01Q1/24Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
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    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04Resonant antennas
    • H01Q9/0407Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
    • H01Q9/0428Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna radiating a circular polarised wave

Abstract

(57)【要約】 【課題】 EMC給電方式を利用しながらもその放射電
極の放射部に所定のスロット領域を形成することによ
り、円偏波の特性を有するチップアンテナを提供する。 【解決手段】 互いに対向する第1主面22a及び第2
主面22bを有する直方体からなる誘電体ブロック22
と、前記誘電体ブロック22の第1主面22a上に形成
された接地電極23と、前記誘電体ブロック22の少な
くとも一側面に形成された給電電極27と、前記誘電体
ブロック22の第2主面22b上に形成された放射部2
5a、前記給電電極27と所定の間隔を置いて形成され
た開放端25c、及び前記放射部25aと前記接地電極
23とを連結する短絡部25bからなる放射電極25と
を含み、前記給電電極27は前記誘電体ブロック22が
露出されて形成された所定のギャップ領域gによって前
記開放端25c、前記短絡部25b及び前記接地電極2
7から分離され、前記放射部25aは前記誘電体ブロッ
ク22が露出されて形成されたスロット領域28を含
み、前記スロット領域28はその一端が前記開放端25
cに隣接している前記ギャップ領域gと連結された。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【発明の属する技術分野】本発明は円偏波用パッチアン
テナに関し、特にほぼ直方体の誘電体ブロックの一面に
形成された放射部にスロット領域を形成することによ
り、前記スロット領域を取り囲んだ放射部を用いて実質
的な円偏波を発生させることが可能なパッチアンテナに
関する。

【0002】

【従来の技術】最近、GPS(global positioning syst
em)、DAB(digital audio broadcasting)、ETC(el
ectric toll collection)などの円偏波の信号を使用す
る通信端末機が提供されている。このようなシステム数
の増加に伴い、前記通信装置に適したアンテナの小型化
が求められている。

【0003】図3は従来の円偏波アンテナの一例である
正方形パッチアンテナ110を示す。図3に示す正方形
パッチアンテナ110は、誘電体基板102の第1主面
102aのほぼ全面に形成された平板型接地電極108
と、第2主面102bに形成されるほぼ正方形の放射電
極105と、その第1主面102aから基板102を貫
いて放射電極105に接続された給電線107とを含
む。前記正方形パッチとしての放射電極105は、周波
数実効波長の半分と実質的に同一の長さを有し、円偏波
を発生させるように対角線上の対向する2つの角を切断
して縮退分離部109を形成する。このような縮退分離
部109によって2つの直交モード(orthogonal mode)
に分離されるが、切断された切れの大きさ(Δs)を適
切に調節することにより、その直交モードで生成される
共振電流が同大きさの90°位相差をもつようにし、円
偏波アンテナを作ることができる。

【0004】このような正方形パッチアンテナ110を
各種移動通信端末機上に取り付けて実用するためには、
PCBへの実装が求められる。しかし、前述したよう
に、正方形パッチである放射電極の一辺がλ/2(共振
周波数の波長)の長さを持たなければならないから、印
刷回路基板(PCB)に実装するための小型化を図るた
めには、高誘電率のセラミック素材を使用しなければな
らない。ところが、このようなセラミック素材からなる
誘電体基板を用いると、正方形パッチアンテナの使用周
波数帯域が狭く、放射効率が低下するという問題があ
る。

【0005】このような小型化による問題を解決するた
めに、図4(A)に示すようにEMC給電方式(Electro
-Magnetic coupling feeding)を用いた短絡型逆F字状
のパッチアンテナ120を使用する。前記逆F字状のパ
ッチアンテナ120は、ほぼ直方体の誘電体基板112
を含み、前記基板112の第1主面112aには接地電
極113を形成し、第2主面112bには側面に延長さ
れる逆F字状の放射電極115を形成する。他側面に設
けられた給電電極117に伝送された高周波信号は、給
電電極と放射電極の静電容量を介して前記逆F字状の放
射電極115へ伝送される。これにより、その放射電極
115と接地電極113との間で発生する電界の一部を
空間に放射することにより、前記逆F字状のパッチアン
テナはアンテナとして作用することができる。このよう
な逆F字状のパッチアンテナは、放射電極の長さ(l)
が長さλ/4であるから、小型化を満足させるし、端末
機のPCB上への実装に適する。

【0006】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記逆F字
状パッチアンテナは、線形偏波特性を持っており、円偏
波特性を有するアンテナに比べて電波損失が大きいた
め、効果的な代案にはなれない。さらに、移動通信端末
機の必然的な設計構造により、背面放射(back radiatio
n)されるビームが弱いため、送受信性能が低下するとい
う問題がある。即ち、図4(B)に示すように、前記パ
ッチアンテナは、一般携帯電話の如き端末機の設計上、
端末機の背面(携帯電話の場合、バッテリの位置)に取
り付けられる。このような場合、前記パッチアンテナは
逆F字状の放射電極によって背面放射されるビームがほ
とんど存在しない。よって、パッチアンテナは端末機の
正面方向(携帯電話の場合、イヤースピーカ方向)に放
射されるビームが弱いから送受信性能が低下する。

【0007】前述したように、当技術分野では、円偏波
の特性を有し、且つ移動通信端末機上への取付に適した
小型アンテナが求められており、ひいては一般携帯電話
の装着構造の特性を考慮し、背面放射されるビームの量
を調節することにより、送受信機能を強化させる新規の
アンテナが求められている。

【0008】本発明は、かかる問題を解決するためのも
ので、その目的は、EMC給電方式を利用しながらも、
その放射電極の放射部に所定のスロット領域を形成する
ことにより、円偏波の特性を有する円偏波用チップアン
テナを提供することにある。

【0009】本発明の他の目的は、前記誘電体基板の側
面パターンの大きさを減少させることにより、背面放射
されるビームの調節が可能な円偏波用チップアンテナを
提供することにある。

【0010】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、互いに対向する第1主面22a及び第2
主面22bを有する直方体からなる誘電体ブロック22
と、前記誘電体ブロック22の第1主面22a上に形成
された接地電極23と、前記誘電体ブロック22の少な
くとも一側面に形成された給電電極27と、前記誘電体
ブロック22の第2主面22b上に形成された放射部2
5a、前記給電電極27と所定の間隔を置いて形成され
た開放端25c、及び前記放射部25aと前記接地電極
23とを連結する短絡部25bからなる放射電極25と
を含み、前記給電電極27は前記誘電体ブロック22が
露出されて形成された所定のギャップ領域gによって前
記開放端25c、前記短絡部25b及び前記接地電極2
3から分離され、前記放射部25aは前記誘電体ブロッ
ク22が露出されて形成されたスロット領域28を含
み、前記スロット領域28は前記スロット領域28の一
端が前記開放端25cに隣接している前記ギャップ領域
gと連結されたことを要旨とする。従って、EMC給電
方式を利用しながらも、その放射電極の放射部に所定の
スロット領域を形成することにより、円偏波の特性を有
する。

【0011】本発明の好ましい実施の形態では、前記ス
ロット領域28をL字状に形成されることにより、放射
電極25から発生する電流分布が実質的に円形流れを持
つことができる。前記誘電体ブロック22の側面の前記
給電電極27及び前記短絡部25bは、同一の側面に形
成されることを要旨とする。前記給電電極27は前記誘
電体ブロック22の側面から前記第1主面22aの一部
領域にまで延長されて形成されることを要旨とする。前
記放射部25aから前記接地電極23に向う電流が、前
記ギャップ領域gに隣接している短絡部25bを介して
流れるように、前記短絡部25bのうちギャップ領域g
に隣接した部分と対応する部分に形成されたオープン領
域をさらに含むことを要旨とする。また、前記放射電極
25の開放端25cと短絡部25bは同じ側面に形成す
ることができ、開放端25cを前記スロット領域28の
左側に配置し、短絡部25bを前記スロット領域28の
右側に配置したチップアンテナを提供することもでき
る。更に、本発明の好ましい実施の形態では、前記給電
電極27の形成されている側面に対応する他側面に前記
放射電極25から延長された側面パターンを形成させる
ことにより、第1主面22aの方向から発生するビーム
の量を調節することができる。また、前記誘電体基板2
2上に、互いに対向する側面を連結する貫通孔39を形
成することにより、使用される誘電体材料を節減し且つ
重量を減少させることができる。

【0012】

【発明の実施の形態】以下、添付図に基づいて本発明の
実施の形態を詳細に説明する。図1(A)は本発明の一
実施の形態による円偏波用パッチアンテナ30を示す。
前記円偏波用パッチアンテナ30は、互いに対向する第
1主面22a及び第2主面22bと、前記主面22a、
22bに実質的に直交する側面とを有する直方体の誘電
体ブロック(誘電体基板)22を含む。また、前記第1
主面22aに接地電極23が提供され、前記第2主面2
2bを中心として放射電極25が提供される。給電電極
27は前記第1主面22aの一部領域から隣接側面にま
で延設される。

【0013】前記放射電極25は、第2主面22bに形
成された放射部25a、前記放射部25aと前記接地電
極23とを連結する短絡部25b、及び前記給電電極2
7と所定の間隔を置いて形成された開放端25cからな
る。図1(A)に示すように、前記給電電極27は、誘
電体ブロックの露出されたギャップ領域によって、前記
開放端25c、前記短絡部25b及び前記接地電極23
から所定の間隔を置いて分離される。

【0014】特に、前記給電電極27は、形成されたギ
ャップ領域によって前記開放端25cとの容量結合を行
うことができる。前記開放端25cは必要に応じて給電
電極27とのギャップ“g”を調節するために、給電電
極27の形成されている側面にまで延長させることがで
きるが、本実施の形態では第2主面22bに限って形成
された例を提示している。

【0015】また、本実施の形態によるパッチアンテナ
30の放射部25aは、図1(A)に示すように、L字
状のスロット領域28を含んでいる。前記L字状のスロ
ット領域28は、放射部25aの一領域に形成され、そ
の一端が前記放射電極の開放端25cと短絡部25bと
の間に設けられた前記ギャップ領域gにまで延長され
る。スロット領域28をL字状に形成するのは、放射部
25aのパターンを第2主面22bの外郭に沿って形成
することにより、円形に類似した電流流れを提供するた
めである。

【0016】このように給電電極によって形成される放
射電極の電流流れは、前記放射電極25の開放端25c
から始まり、接地電極23に接続された短絡部25bに
向う。即ち、前記スロット領域28に沿って放射電極2
5上で実質的な円形の電流流れJ1を形成することがで
きる。

【0017】また、前記電流流れJ1がより効果的に円
偏波を提供できるように、ギャップ領域gに隣接してい
る短絡部25bを介して接地電極23に向うようにする
ことが好ましい。これを実現するために、本実施の形態
では、ギャップ領域gに隣接している短絡部25bの一
側領域、即ちギャップ領域gの向こう側(図中対向する
側)にある短絡部25bの一領域に所定の開口領域Aを
さらに形成する。前記開口領域Aによって接地電極23
に向う電流は、ギャップ領域gに隣接している短絡部2
5bのみを介して流れることになり、結局、より効果的
に円偏波を提供できる電流流れJ1が得られる。

【0018】以下、図1(A)に示す円偏波用パッチア
ンテナ30から円偏波を発生させる動作原理について詳
細に説明する。

【0019】まず、給電電極27に高周波信号源が入力
される。入力された高周波信号源は、前記給電電極27
と放射電極25の開放端25cとの間のギャップ領域g
に形成された静電容量結合(EM結合)によって放射電
極25に入力される。前記信号は放射電極25の開放端
25cからスロット領域28に沿って短絡部25bに向
う流れを有する。このような電流流れJ1はほぼ円形に
近い軌跡を形成する。従って、前記円偏波用パッチアン
テナ30では、放射部25aに設けられたスロット領域
28を用いて実質的な円偏波を発生させる。

【0020】また、前記円偏波用パッチアンテナ30
は、スロット領域28に沿って形成された放射電極のパ
ッチ長さが長さλ/4なので、図4(B)に示すパッチ
アンテナと同様にアンテナ全体を小型化できるという利
点がある。

【0021】ひいては、本実施の形態では、前記放射電
極25から延長して、給電電極27の形成されている側
面と対向する側面に形成した側面パターン26をさらに
提供する。前記側面パターン26の大きさ、及び前記側
面パターン26と前記接地電極23との間隔を調節する
ことにより、第1主面22a方向に形成されるビームの
強さを調節することができる。即ち、側面パターン26
を小さくし、側面パターン26と接地電極23との間隔
を大きくするほど、第1主面22a方向に形成されるビ
ームをより強く形成できるという利点がある。

【0022】図1(B)は本発明の一実施の形態による
円偏波用パッチアンテナ30を搭載した移動通信端末機
のPCB基板25を示す。前記円偏波用パッチアンテナ
の実装面は、移動通信端末機の背面であるバッテリ設置
方向Rになり、その反対面は移動通信端末機の正面であ
るイヤースピーカ方向Fになる。特に、前記円偏波用パ
ッチアンテナ30の側面パターン26方向が移動通信端
末機の上端を向うように設置した方が、背面放射された
ビームを調節するための側面パターンの効果を極大化さ
せることができて好ましい。第1主面方向に背面放射さ
れるビームの量は、側面パターン26の大きさ、及び側
面パターン26と接地電極23との間隔によって調節可
能である。即ち、前記側面パターン26を小さく形成
し、側面パターン26と接地電極23との間隔を大きく
することにより、強いビームが背面放射されるように
し、アンテナの送受信効率を向上させることができる。

【0023】図2は本発明の他の実施の形態による円偏
波用パッチアンテナ40を示す。図2を参照すると、前
記円偏波用パッチアンテナ40は、側面付近のスロット
領域38を基準として、左側には放射電極35の放射部
35aが、右側には放射電極35の開放端35cが形成
されている。従って、放射電極35で形成される電流流
れJ2は、放射電極35の開放端35cから始まり、放
射部35a上でスロット領域38に沿って放射電極35
の短絡部35bに向うようになる。従って、反時計方向
に電流流れJ2が形成される。

【0024】また、図2の円偏波用パッチアンテナは、
互いに対向する側面を貫いて形成された貫通孔39を含
む。前記貫通孔39の形成により、その貫通孔39に対
応する体積だけ誘電体材料を節減することができる。従
って、アンテナ全体の重量を減少できるという利点があ
る。以上説明した本発明は、上述した実施の形態及び添
付図によって限定されるのではなく、特許請求の範囲に
よって限定される。従って、特許請求の範囲に記載の本
発明の技術的思想から外れない範囲内で様々な形態の置
換、変形及び変更が可能なのは、当技術分野で通常の知
識を有する者には明らかなことであろう。

【0025】

【発明の効果】上述したように、本発明による円偏波用
パッチアンテナは、放射電極の一部領域に形成され、そ
の一端が放射電極の開放端と短絡部間の側面にまで延長
されたスロット領域を形成することにより、円偏波の特
性を有するチップアンテナを提供することができる。ま
た、本発明の他の実施の形態では背面放射されるビーム
の調節が可能な側面パターンをさらに提供することもで
きる。従って、本発明による円偏波用パッチアンテナ
は、放射電極上においてスロット領域に沿って形成され
るピッチの長さがλ/4(共振周波数の長さ)なので、円
偏波特性を有するチップアンテナを小さく製造すること
ができ、移動通信端末機に装着する場合にも背面放射ビ
ームを強化して送受信感度を大幅に改善することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図1】(A)は本発明の一実施の形態に係る円偏波用
パッチアンテナの斜視図、(B)は(A)のチップアン
テナを搭載した移動通信端末機のPCB基板を示す斜視
図である。

【図2】本発明の他の実施の形態に係る円偏波用パッチ
アンテナの斜視図である。

【図3】従来の正方形パッチアンテナの斜視図である。

【図4】(A)は従来の逆F字状パッチアンテナの斜視
図、(B)は(A)のパッチアンテナを搭載した移動通
信端末機のPCB基板を示す斜視図である。

【符号の説明】

22 誘電体基板 23 接地電極 25 放射電極 25a 放射部 25b 短絡部 25c 開放端 26 側面パターン 27 給電電極 28 スロット領域

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 互いに対向する第1主面22a及び第2
    主面22bを有する直方体からなる誘電体ブロック22
    と、 前記誘電体ブロック22の第1主面22a上に形成され
    た接地電極23と、 前記誘電体ブロック22の少なくとも一側面に形成され
    た給電電極27と、 前記誘電体ブロック22の第2主面22b上に形成され
    た放射部25a、前記給電電極27と所定の間隔を置い
    て形成された開放端25c、及び前記放射部25aと前
    記接地電極23とを連結する短絡部25bからなる放射
    電極25とを含み、 前記給電電極27は前記誘電体ブロック22が露出され
    て形成された所定のギャップ領域gによって前記開放端
    25c、前記短絡部25b及び前記接地電極23から分
    離され、 前記放射部25aは前記誘電体ブロック22が露出され
    て形成されたスロット領域28を含み、前記スロット領
    域28は前記スロット領域28の一端が前記開放端25
    cに隣接している前記ギャップ領域gと連結されたこと
    を特徴とする円偏波用パッチアンテナ。
  2. 【請求項2】 前記スロット領域28は前記スロット領
    域28の一端が前記開放端25cに隣接している前記ギ
    ャップ領域gと連結されたL字状に形成されることを特
    徴とする請求項1記載の円偏波用パッチアンテナ。
  3. 【請求項3】 前記ギャップ領域gと連結された前記ス
    ロット領域28の一端は、前記スロット領域28の左側
    には前記開放端25cが位置し、前記スロット領域28
    の右側には前記短絡部25bに隣接している前記放射部
    25aが位置するように形成されることを特徴とする請
    求項1記載の円偏波用パッチアンテナ。
  4. 【請求項4】 前記誘電体ブロック22の側面の前記給
    電電極27及び前記短絡部25bは、同一の側面に形成
    されることを特徴とする請求項1記載の円偏波用パッチ
    アンテナ。
  5. 【請求項5】 前記給電電極27は前記誘電体ブロック
    22の側面から前記第1主面22aの一部領域にまで延
    長されて形成されることを特徴とする請求項1記載の円
    偏波用パッチアンテナ。
  6. 【請求項6】 前記放射部25aから前記接地電極23
    に向う電流が、前記ギャップ領域gに隣接している短絡
    部25bを介して流れるように、前記短絡部25bのう
    ちギャップ領域gに隣接した部分と対応する部分に形成
    されたオープン領域Aをさらに含むことを特徴とする請
    求項1記載の円偏波用パッチアンテナ。
  7. 【請求項7】 前記給電電極27の形成されている側面
    に対応する他側面に前記放射電極25から延長された側
    面パターンが形成されることを特徴とする請求項1記載
    の円偏波用パッチアンテナ。
  8. 【請求項8】 前記誘電体基板22上に、互いに対向す
    る側面を連結する貫通孔39が形成されることを特徴と
    する請求項1記載の円偏波用パッチアンテナ。
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