JP2004208223A

JP2004208223A - ２バンド共用パッチアンテナ

Info

Publication number: JP2004208223A
Application number: JP2002377949A
Authority: JP
Inventors: Genshu To; 元珠竇
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-12-26
Filing date: 2002-12-26
Publication date: 2004-07-22

Abstract

【課題】２種類の周波数帯域の信号波を送受信可能で小型薄型化が容易な２バンド共用パッチアンテナを提供すること。
【解決手段】パッチアンテナ１０は、一辺端に切欠き部１３を設けたパッチ電極１２と、このパッチ電極１２が片面に設けられた誘電体基板１１と、この誘電体基板１１を介して少なくともパッチ電極１２と対向する位置に設けられた接地導体１４とを備え、パッチ電極１２の前記一辺端はスルーホール１５を介して接地導体１４と短絡されている。そして、パッチ電極１２全体を共振させるための第１の高周波信号（例えば２．４５ＧＨｚ帯域）と、この第１の高周波信号よりも高い周波数で切欠き部１３を共振させるための第２の高周波信号（例えば５．２ＧＨｚ帯域）とが、パッチ電極１２に選択的に給電されるようにした。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種類の周波数帯域（バンド）の信号波の送信や受信が可能で、無線ＬＡＮカード等に実装して好適な２バンド共用パッチアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有線ケ−ブルを使わずに、所定周波数帯域（例えば２．４ＧＨｚ帯域）の信号波の送受信で情報交換が行える無線ＬＡＮが普及しつつある。パソコン等の電子機器を無線ＬＡＮに対応させる際には、送受信機能を備えた無線ＬＡＮカードを装填することが多く、かかる無線ＬＡＮカードには、無線ＬＡＮで使用される直線偏波の信号波を送受信するためのアンテナや、送信回路、受信回路等が実装されている。
【０００３】
この種の無線ＬＡＮカードに実装されるアンテナにはかなりの小型化が要求されるため、従来より、図６に示すようなパッチアンテナが広く採用されている。同図に示すパッチアンテナ１は、誘電体基板２の片面に銅箔等からなるパッチ電極３を設け、このパッチ電極３を誘電体基板２を介して接地導体４と対向させると共に、マイクロストリップライン５等によってパッチ電極３に所定の高周波信号を給電するという構成になっている。ここで、接地導体４は例えば誘電体基板２の裏面のほぼ全面に設けられており、マイクロストリップライン５は図示せぬアンテナ回路に接続されている。
【０００４】
このように概略構成されたパッチアンテナ１においては、パッチ電極３を励振して前記高周波信号に対応した電界を生じさせることにより、パッチ電極３からその電極面に対して垂直な前方へ信号波を放射させることができる。なお、図６では外形が矩形のパッチ電極３にマイクロストリップライン５が接続されているが、パッチ電極３の外形は円形等であってもよく、また、給電ピンやスルーホールによってパッチ電極３に給電してもよい。
【０００５】
ところで、現在は無線ＬＡＮシステムに２．４ＧＨｚ帯域の信号波が広く使用されているが、将来的には、より高周波な別の帯域（例えば５．２ＧＨｚ帯域）の信号波を使用する送受信システムも普及するものと考えられている。そうなると、高低２種類の周波数帯域の信号波が送受信可能な小型アンテナの必要性が高まる。
【０００６】
このように２バンドで共用できる比較的小型のアンテナとしては、従来、上面にパッチ電極が設けられた第１の誘電体基板と、上面に別のパッチ電極が設けられ裏面全面に接地導体が設けられた第２の誘電体基板と、裏面に複数のマイクロストリップラインが設けられた第３の誘電体基板とを重ね合わせて構成される２パッチ積層型のアンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このものは、上から順に第１、第２、第３の誘電体基板が積層されており、上下の各パッチ電極に対する給電は、それぞれ、接地導体の複数箇所に形成されたスリットを介して異なるマイクロストリップラインから行われるようになっている。そして、各パッチ電極の形状や大きさが異なるため、第１の誘電体基板上のパッチ電極に所定の高周波信号を給電して共振させることにより第１の共振周波数の信号波を放射させることができ、また、第２の誘電体基板上のパッチ電極に別の高周波信号を給電して共振させることにより第２の共振周波数の信号波を放射させることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−２４９９３３号公報（第４〜６頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の２パッチ積層型アンテナは、２種類のパッチ電極を上下に分けて配設する構成なので、誘電体基板を含めた全体の厚さ寸法が大きくなってしまい、無線ＬＡＮカード等に実装するうえで必要な薄型化が困難であるという問題があった。そこで、薄型化を図るために２種類のパッチ電極を同一の誘電体基板上に並設するという構成も考えられるが、この方式では全体の面積が不所望に増大してしまうため、無線ＬＡＮカード等に実装するうえで必要な小型化が実現できないという別の問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、２種類の周波数帯域の信号波を送受信可能で小型薄型化が容易な２バンド共用パッチ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】
上述した目的を達成するために、本発明の２バンド共用パッチアンテナでは、一辺端に切欠き部を有するパッチ電極と、このパッチ電極が片面に設けられた誘電体基板と、この誘電体基板を介して少なくとも前記パッチ電極と対向する位置に設けられた接地導体とを備え、前記パッチ電極の前記一辺端を前記接地導体に短絡すると共に、前記パッチ電極に対して、該パッチ電極の全体を共振させるための第１の高周波信号と、この第１の高周波信号よりも高い周波数で前記切欠き部を共振させるための第２の高周波信号とが選択的に給電されるように構成した。
【００１１】
このように構成されたアンテナでは、パッチ電極に給電すると前記一辺端と前記切欠き部の底辺との間に該切欠き部を縦断する電界が生じるので、該切欠き部の大きさを適宜選択して所定の高周波信号を給電することにより、パッチ電極全体を励振するときの共振長よりも短い共振長で該切欠き部を共振させることができる。また、かかる形状のパッチ電極はワイヤ系におけるモノポールアンテナと同様の小型化が図れるため、アンテナ全体の大きさを格段に小さくすることができる。したがって、パッチ電極の数は一つだけであるが、第１の高周波信号を給電してパッチ電極全体を共振させれば第１の共振周波数の信号波が放射され、第２の高周波信号を給電して切欠き部を共振させれば第２の共振周波数の信号波が放射されることになり、かつパッチ電極に必要な大きさが極めて縮小でき、高低２種類の周波数帯域の信号波を送受信可能な小型で薄型のアンテナが得られる。
【００１２】
上記の構成において、パッチ電極の一辺端と接地導体とを誘電体基板に設けた複数のスルーホールを介して短絡することが好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係る２バンド共用パッチアンテナの平面図、図２は該パッチアンテナが接続されているアンテナ回路の構成図、図３は該パッチアンテナのＳパラメータ（散乱パラメータ）を示す共振特性図である。
【００１４】
図１に示すパッチアンテナ１０は、パッチ電極１２の一辺端を接地導体１４に短絡すると共に、この一辺端に切欠き部１３を設けて、パッチ電極１２の全体が共振する周波数よりも高い周波数で切欠き部１３を共振させるようにしたアンテナである。銅箔等からなるパッチ電極１２は誘電体基板１１の片面に設けられており、接地導体１４は誘電体基板１１の他面（裏面）のほぼ全面に設けられている。パッチ電極１２の一辺端には誘電体基板１１を貫通する複数のスルーホール１５が設けられており、これらのスルーホール１５を介してパッチ電極１２と接地導体１４とが導通されている。また、パッチ電極１２の図示下端には、インピーダンスを整合させた状態でマイクロストリップライン１８が延設されている。このマイクロストリップライン１８は、図２に示す２．４５ＧＨｚ用のアンテナ回路１６と５．２ＧＨｚ用のアンテナ回路１７とに接続されている。つまり、このパッチアンテナ１０は、マイクロストリップライン１８を介してパッチ電極１２に対し、２．４５ＧＨｚ帯域の第１の高周波信号と５．２ＧＨｚ帯域の第２の高周波信号とが選択的に給電できるようになっている。
【００１５】
なお、アンテナ回路１６には、２．４５ＧＨｚ帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタ１６ａと、送信モードと受信モードを切り換える回路１６ｂと、２．４５ＧＨｚ帯域の信号を送信する回路１６ｃと、２．４５ＧＨｚ帯域の信号を受信する回路１６ｄとが具備されている。同様に、アンテナ回路１７には、５．２ＧＨｚ帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタ１７ａと、送信モードと受信モードを切り換える回路１７ｂと、５．２ＧＨｚ帯域の信号を送信する回路１７ｃと、５．２ＧＨｚ帯域の信号を受信する回路１７ｄとが具備されている。
【００１６】
かかる構成のパッチアンテナ１０は、パッチ電極１２に給電する高周波信号の周波数に応じて、給電点のＳパラメータ（いわゆるＳ11）が図３に示すように変化し、２．４５ＧＨｚと５．２ＧＨｚという異なる周波数帯域で共振するデュアルバンド対応のアンテナとなっている。具体的には、パッチ電極１２にアンテナ回路１６から２．４５ＧＨｚ帯域の信号を給電することにより、パッチ電極１２の全体を共振させることができ、そのときの共振長をλ₁とすると、パッチ電極１２のスルーホール１５側の一辺端とこれに平行な一辺端との間隔、つまり短辺の長さＬは、約（λ₁／４）となる。ここで、共振長λ₁は、２．４５ＧＨｚの信号波の波長λ_low（≒１２０ｍｍ）に誘電体基板１１による波長短縮率を乗じた値であり、誘電体の比誘電率をεとすると、λ₁＝λ_low／√εとなる。本実施形態例においては、誘電体としてε≒９の材料を使用しているため、λ₁≒４０ｍｍとなり、パッチ電極１２の短辺の長さＬが約１０ｍｍに設定してある。
【００１７】
また、パッチ電極１２にアンテナ回路１７から５．２ＧＨｚ帯域の信号を給電した場合には、スルーホール１５側の一辺端と切欠き部１３の底辺との間に該切欠き部１３を縦断する電界が生じるので、この切欠き部１３をアンテナとして動作させることができ、そのときの共振長をλ₂とすると、切欠き部１３の幅寸法ｗは約（λ₂／２）となる。ここで、共振長λ₂は、５．２ＧＨｚの信号波の波長λ_high（≒６０ｍｍ）に誘電体基板１１による波長短縮率を乗じた値で、λ₂＝λ_high／√εとなるため、本実施形態例においてはλ₂≒２０ｍｍとなり、切欠き部１３の幅寸法ｗが約１０ｍｍに設定してある。
【００１８】
このように本実施形態例に係るパッチアンテナ１０にはパッチ電極１２が一つだけしかなく、複数のパッチ電極を積層したり並設したりする構成にはなっていないが、接地導体１４に短絡したパッチ電極１２の一辺端に切欠き部１３を設けるという構成にしてあるため、２．４５ＧＨｚ帯域の第１の高周波信号を給電すればパッチ電極１２を共振長λ₁で共振させることができ、５．２ＧＨｚ帯域の第２の高周波信号を給電すれば切欠き部１３を共振長λ₂で共振させることができる。また、このパッチアンテナ１０のパッチ電極１２は、ワイヤ系におけるモノポールアンテナと同様の小型化が図れるため、アンテナ全体の大きさを格段に小さくすることができる。それゆえ、このパッチアンテナ１０は、小型かつ薄型でありながら、２．４５ＧＨｚと５．２ＧＨｚという高低２種類の周波数帯域の信号波が送受信可能な２バンド共用アンテナとして使用することができ、無線ＬＡＮカード等にも容易に実装できる。
【００１９】
図４は本発明の他の実施形態例に係る２バンド共用パッチアンテナの平面図であり、図１に対応する部分には同一符号を付してある。
【００２０】
図４に示すパッチアンテナ２０は、パッチ電極１２の所定位置に給電ピン１９がはんだ付けしてあり、この給電ピン１９がアンテナ回路に接続されている。このように、パッチ電極１２に対する給電をマイクロストリップラインではなく給電ピン１９によって行ってもよく、このほか、スルーホールによる給電も可能である。
【００２１】
図５は本発明のさらに他の実施形態例に係る２バンド共用パッチアンテナの平面図であり、図１に対応する部分には同一符号を付してある。
【００２２】
図５に示すパッチアンテナ３０は、切欠き部１３を有するパッチ電極１２の外形が半円形で、その直線状の一辺端がスルーホール１５を介して接地導体１４に短絡してある。このようにパッチ電極１２の外形が半円形の場合、直径が等しい円形のパッチ電極と同等の共振周波数で大きさを半分にすることができるため、アンテナの小型化を促進するうえで有利である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２４】
一辺端を接地導体に短絡したパッチ電極の該一辺端に切欠き部を設けるという構成にしてあるので、アンテナ全体の大きさが格段に小さくできると共に、該切欠き部の大きさを適宜選択して所定の高周波信号を給電することにより、パッチ電極全体を励振するときの共振長よりも短い共振長で該切欠き部を共振させることができる。その結果、複数のパッチ電極を配設しなくても高低２種類の周波数帯域の信号波が送受信可能となり、小型で薄型の２バンド共用パッチアンテナが得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る２バンド共用パッチアンテナの平面図である。
【図２】図１に示すパッチアンテナが接続されているアンテナ回路の構成図である。
【図３】図１に示すパッチアンテナのＳパラメータを示す共振特性図である。
【図４】本発明の他の実施形態例に係る２バンド共用パッチアンテナの平面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態例に係る２バンド共用パッチアンテナの平面図である。
【図６】従来の一般的なパッチアンテナの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０パッチアンテナ
１１誘電体基板
１２パッチ電極
１３切欠き部
１４接地導体
１５スルーホール
１６，１７アンテナ回路
１８マイクロストリップライン
１９給電ピン

Claims

一辺端に切欠き部を有するパッチ電極と、このパッチ電極が片面に設けられた誘電体基板と、この誘電体基板を介して少なくとも前記パッチ電極と対向する位置に設けられた接地導体とを備え、
前記パッチ電極の前記一辺端を前記接地導体に短絡すると共に、前記パッチ電極に対して、該パッチ電極の全体を共振させるための第１の高周波信号と、この第１の高周波信号よりも高い周波数で前記切欠き部を共振させるための第２の高周波信号とが選択的に給電されるように構成したことを特徴とする２バンド共用パッチアンテナ。
請求項１の記載において、前記パッチ電極の前記一辺端と前記接地導体とが前記誘電体基板に設けられた複数のスルーホールを介して短絡されていることを特徴とする２バンド共用パッチアンテナ。