JP2004254099A

JP2004254099A - バンドの幅を増加するパッチアンテナ構造

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Publication number: JP2004254099A
Application number: JP2003042766A
Authority: JP
Inventors: Meigo Yo; 明豪葉
Original assignee: D Link Corp
Current assignee: D Link Corp
Priority date: 2003-02-20
Filing date: 2003-02-20
Publication date: 2004-09-09

Abstract

【課題】簡単及び作成し易い設計構造でし、設計及び量産のコストを低下可能なパッチアンテナ構造を提供する。
【解決手段】パッチ４１及び接地プレート４２を直接誘電性プレー４３の両側面に作成し、その輻射パッチ４１の大きさは、その誘電性プレート４３の大きさより小さい。且つ、その側エッジが中央と隣接する場所に、一つのパッチライン４４が伸びて設けられ、そのパッチライン４４が誘電性プレート４３のエッジ方向に沿って伸びて、パッチアンテナ４０の電波信号フィードラインとして使われる。輻射パッチ４１がパッチライン４４と接続する位置と隣接する場所に、エッチング技術を利用して、そのパッチライン４４の単一側に沿って、一つのスロット４１１が設けられ、そのスロット４１１を利用して、そのパッチアンテナ４０の上に通す回路ルートＷを単一側だけ迂回化させる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バンドの幅を増加するパッチアンテナ構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在広く使用される無線電子製品の中で、アンテナは重要で不可欠なパーツである。その主要な機能は、電子製品に生じられた電波信号を空気の中に輻射とし、又は空気の中での電波信号をその電子製品のシステムの中に受け入れるので、その電子製品に使われたアンテナの品質が良いかどうか、又は、アンテナの特性がマッチングするかどうかは、その発信、受信した電波信号にひどく影響する。しかも、その電子製品の周波数射出回路及びデジタル回路の機能にも影響する。そのため、無線電子製品の設計及び製造業者は、アンテナを設計、又はアンテナを製品の上に取り付ける場合、アンテナの輻射機能が製品システムに対する影響を特に注意しなければならないものである。
【０００３】
当該電子製品によく応用されるアンテナは、その構造及び特性による約下記の３種類を分けられる。
パッチアンテナ（ｐａｔｃｈａｎｔｅｎｎａ）は図１に示す。パッチアンテナ１０の中によくある設計は、セラミック材料（ｃｅｒａｍｉｃｍａｔｅｒｉａｌ）をサブストレート１１として使用し、予め作られた金型を利用して、成型マシンによるセラミックプレートを作成して焼結した後、そのサブストレートが得られる。そのサブストレート１１の上、下の表面に、それぞれスクリーンプリント及びエッチングの方式で、一つの正方形又は長方形を呈する輻射パッチ（ｐａｔｃｈ）１２及び接地平面（ｇｒｏｕｎｄｐｌａｎｅ）１３が印刷される。又、一つのフィードピン（ｆｅｅｄｐｉｎ）１４を利用して、順序による輻射パッチ（ｐａｔｃｈ）１２及びサブストレート１１を貫通した後、一つの電波信号フィードライン１５（例えば同軸ケーブル）と接続させる。その輻射パッチ１２と接地平面１３の間に共振キャビティを形成して、高周波の電磁気場が生じられ、輻射パッチ１２の周りがその接地平面１３の間でのスロットを通し、外へ輻射とする。そのパッチアンテナ１０は、体積が小さく、構造が堅実な特性がある。又、セラミックは高い誘電性係数及び低い温度係数を備え、温度の安定性が凄く高いし、パワーの損失が低い長所を備えるので、違う気候の環境に適応できる。そのため、世界中の定位システム又はＧＳＭ携帯電話などの商品に使われるセラミックパッチアンテナ（ｃｅｒａｍｉｃｐａｔｃｈａｎｔｅｎｎａ）は、そのパッチアンテナ１０の具体的な実施例の一つである。ただし、そのようなパッチアンテナ１０の製造プロセスは比較的に複雑なので、コストはより高いし、普通の同軸ケーブルを電波信号フィードライン１５として使われることについて、取り付ける場合、時間、費用がかかるし、１本のフィードピン１４が設けられ、溶接の方式による、それを輻射パッチ１２及びサブストレート１１の上に固定するので、溶接ポイントの不一致のため、アンテナの品質が不安定になるものである。
【０００４】
パッチラインをフィードラインとして使われるパッチアンテナは図２に示す。当該パッチアンテナ２０は、普通の回路ボードをそのサブストレート２１として使われ、スクリーンプリント及びエッチングの技術を利用して、そのサブストレート２１の上、下表面にそれぞれ正方形又は長方形を呈する輻射パッチ（ｐａｔｃｈ）２２及び一つの接地平面（ｇｒｏｕｎｄｐｌａｎｅ）２３を作成する。その輻射パッチ２２の側エッジが中央と隣接する場所に、一つのパッチライン２４が伸びて設けられ、そのパッチライン２４はサブストレート２１のエッジに伸ばして設けられ、パッチアンテナ２０の電波信号フィードラインとして使われる。その輻射パッチ２２がパッチライン２４と接続する有る側と隣接する場所に、そのパッチライン２４の両側にそれぞれ一つのスロット２２１が設けられ、そのスロット２２１を利用して、その上に通す回路ルートＷを迂回化させ、更に回路ルートＷを長くさせ、パッチアンテナ２０の小型化を実現可能である。ただし、その輻射パッチ２２でパッチアンテナ２４の両側に沿って、スロット２２１を設ける方法について、その上での電流は、迂回でそのスロット２２１のある側での輻射パッチ２２２を通過するため、強いインダクタンス反応が生じるため、パッチアンテナ２０の利得及びバンドの幅にひどく影響するので、バンドの幅が増加出来なくなるものである。
【０００５】
共面導波（ｃｏｐｌａｎａｒｗａｖｅｇｕｉｄｅ）の方式でフィードするパッチアンテナ３０は図３に示す。スクリーンプリント及びエッチングの技術を使って、そのサブストレート３１の上、下表面に、それぞれ一つの正方形又は長方形を呈するパッチ（ｐａｔｃｈ）３２及び接地平面（ｇｒｏｕｎｄｐｌａｎｅ）３３を作成する。同時に、その接地平面３３の上に予め一つの空間３３１を残ることで、その空間３３１の中に、一つのパッチアンテナ３４を作成し、そのパッチアンテナ３４の一端に共面導波の方式で、電波信号をパッチ３２の中にフィードできるが、当該アンテナの構造が複雑、設計が難しく、プロセスが複雑、コストが高いなどの欠点があるものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
パッチアンテナの設計及び製造業者は、従来のパッチアンテナのバンド幅を増加するため、普通その構造を変更することで、パッチアンテナの自体に共振で２種類以上の違うモードを生じさせることで、その隣接するバンドの上に、もっと多いバンド幅を創造する。この方法は、設計に十分難しい。更に設計が完了しても、現実に必要するため、大きいサイズのパッチアンテナが設計されることもある。そのことは軽くて薄い設計の傾向に反するものである。
パッチアンテナの設計及び製造業者は、上述の従来のパッチアンテナ（又はパッチアンテナを称する）のバンド幅を増加する場合、いろんな困難及び障害に当たるので、本発明者は、長年のアンテナを製造する経験及びノー・ハウを利用して、上述の問題に対し、本発明のバンドの幅を増加できるパッチアンテナ構造が開発されたのである。
【０００７】
したがって本発明の目的は、簡単及び作成し易い設計構造でし、設計及び量産のコストを低下可能なパッチアンテナ構造を提供することにある。
本発明のもう一つの目的は、良いマッチング効果を得られるパッチアンテナ構造を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、本発明の請求項に記載のパッチアンテナ構造は、印刷回路の作成技術を利用して、パッチアンテナを作成する場合、一つの輻射パッチ及び一つの接地プレートをそれぞれ一つの誘電性プレートの両側面に作成する。その輻射パッチの大きさは、その誘電性プレートの大きさより小さい。且つ、その側エッジが中央と隣接する場所に、一つのパッチラインが伸びて設けられ、そのパッチラインが誘電性プレートのエッジ方向に沿って伸びて、パッチアンテナの電波信号フィードラインとして使われる。又、そのパッチライン単一側に沿って、輻射パッチの上に形成されたスロットを利用して、そのパッチラインが電波信号をフィードする場合生じたインダクタンス反応を大幅に低下することで、そのバンドの幅を有効に増加できるし、簡単及び作成し易い設計構造を通し、設計及び量産のコストを低下できるものである。
【０００９】
パッチラインの単一側とその輻射パッチの間に生じされたスロットの形状及び大きさを変更可能である。更にそのパッチアンテナはもっと良いマッチング効果を得られるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
本発明はバンドの幅を増加するパッチアンテナ構造に関するものである。
図４，図５に示すように、回路印刷の作成技術を利用して、パッチアンテナ４０を作成する場合は、パッチ４１及び接地プレート４２を直接誘電性プレー４３の両側面に作成し、その輻射パッチ４１の大きさは、その誘電性プレート４３の大きさより小さい。且つ、その側エッジが中央と隣接する場所に、一つのパッチライン４４が伸びて設けられ、そのパッチライン４４が誘電性プレート４３のエッジ方向に沿って伸びて、パッチアンテナ４０の電波信号フィードラインとして使われる。
【００１１】
図４および図５に示す本実施例中で、特に注意すべき特徴は、その輻射パッチ４１がパッチライン４４と接続する位置と隣接する場所に、エッチング技術を利用して、そのパッチライン４４の単一側に沿って、一つのスロット４１１が設けられ、そのスロット４１１を利用して、そのパッチアンテナ４０の上に通す回路ルートＷを単一側だけ迂回化させる。この設計方式は、回路ルートＷを長くさせ、パッチアンテナ４０の小型化を実現できる。同時に、回路ルートＷを単一側だけ迂回化させるため、電流が迂回で単一側のスロット４１１の有る側にあるパッチ４１２を通過する場合、インダクタンス反応を生じさせる。そのスロット４１１のもう一つ側の上でのパッチ４１３に通過する電流は、より強いインダクタンス反応を生じさせないので、そのパッチアンテナ４０の利得及びバンド幅を増加できるものである。
【００１２】
本実施例の作成方式は、印刷回路ボードを作成する場合、輻射パッチ４１、接地プレート４２、パッチライン４４及びスロット４１１などの特徴を直接印刷回路ボードの上に作成するので、構造が簡単で作成しやすく、その作成されたパッチアンテナ４０はより大きい有効のバンド幅を備える。その他、本発明により、パッチアンテナ４０を作成する場合、実際の要求による、そのスロット４１１の形状及び大きさを調整することで、電流が単一側のスロット４１１にあるパッチ４１２を通過する場合のルートＷを制御して、パッチアンテナ４０の利得及びバンドの幅を増加することで、製品規格の要求に一致できるものである。
【００１３】
図６に示すように、本発明のもう一つの実施例では、そのパッチライン４４の側エッジに沿って設けられたスロット４１１について、実際にそのパッチアンテナ４０の利得及びバンド幅の規格の要求に対し、そのロット４１１の形状及び大きさをそのスロット４１１の開口端に向かって、段々伸びる形状を設計することで、電流が単一側のスロット４１１にあるパッチ４１２のルートＷを通過することを有効に制御して、パッチライン４４の上での電流ルートを離れさせ、そのインダクタンス反応が電波のフィード信号に対する影響を有効に低下可能であり、もっと良いマッチング効果が得られるものである。
【００１４】
本発明において前述の実施例の設計条件により、それぞれ三つの大きさ、形状が同じのパッチアンテナ４０を作成した。図４、図６及び図７に示すように、当該パッチアンテナ４０は、すべてそのパッチライン４４の単一側に一つのスロット４１１が設けられ、その異なる所について、図４のパッチアンテナ４０のスロット４１１は長方形を呈し、図６のパッチアンテナ４０のスロット４１１は２段階のだんだん伸びる形状を呈し、図７のパッチアンテナ４０のスロット４１１は３段階のだんだん伸びる形状を呈する。それらのパッチアンテナ４０は周波数及び抵抗テストのインストルメントを使って、検査を行った後、その検査結果はそれぞれ図８、図９及び図１０に示す通りである。この場合、又周波数及び抵抗テストのインストルメントを使って、大きさ及び形状が同じの図２に示す従来のパッチアンテナに検査を行った。その検査結果は図１１の通りである。検査結果による本発明のパッチアンテナ４０は−１０ｄＢの位置を比較標準（即ちＤ１及びＤ２の間を表示する）として、従来のパッチアンテナと比較する場合、そのバンド幅が確実に比較的大きく、ベターのマッチング値を得ることが簡単にわかるものである。
【００１５】
上述のように本発明の実施例により有効にパッチアンテナ４０のバンド幅を増加可能であるので、そのパッチアンテナ４０を量産する場合、その有効のバンド幅は製品自体に要求されるバンド規格に有効にカバーできる。そのため、量産するときの規格許容度を有効に増加できる。又、単一側スロット４１１の大きさ及び形状（その他のアーク形が段々伸びる形状などの形状）を変更することで、アンテナの輻射方向を有効に制御できるので、アンテナの輻射がシステムに対する影響を最低まで下げられる。そのため、当は発明のパッチアンテナ４０のアンテナ利得（ａｎｔｅｎｎａｇａｉｎ）は、従来の全方向性アンテナより良好なので、電波信号の有効送信及び受信の距離を著しく改善できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のパッチアンテナを示す立体外観説明図である。
【図２】従来のパッチアンテナをフィードワイヤとしてのパッチアンテナを示す立体外観説明図である。
【図３】従来のパッチアンテナをカープリングフィードワイヤとしてのパッチアンテナを示す立体外観説明図である。
【図４】本発明の一実施例によるパッチアンテナの構造を示す平面説明図である。
【図５】本発明のパッチアンテナが図４のＸ−Ｘの位置にある場合を示す断面説明図である。
【図６】本発明の別の実施例によるパッチアンテナの構造を示す立体外観説明図である。
【図７】本発明の又一つの実施例によるパッチアンテナの構造を示す立体外観説明図である。
【図８】図４で示した本発明の一実施例により実際に測られたデータの説明図である。
【図９】図６で示した本発明の別の実施例により実際に測られたデータの説明図である。
【図１０】図７で示した本発明の又一つの実施例により実際に測られたデータの説明図である。
【図１１】図２で示した従来の実際に測られたデータの説明図である。
【符号の説明】
４０パッチアンテナ
４１輻射パッチ
４２接地プレート
４３直接誘電性プレート
４４パッチライン４４
４１１スロット
４１２パッチ
４１３パッチ
Ｗ回路ルート

Claims

バンドの幅を増加するパッチアンテナ構造であって、
一つの誘電性プレートを有し、
一つのグランドプレートを有し、それはパッチのモードで誘電性プレートのある側面に作成され、
一つの輻射パッチを有し、それはパッチのモードでその誘電性プレートのもう一つの側面に作成され、その大きさは誘電性プレートの大きさより小さく、且つ、その側エッジが中央と隣接する場所に、一つのパッチラインが伸びて設けられ、そのパッチラインが誘電性プレートのエッジ方向に沿って伸びて、パッチアンテナの電波信号フィードラインとして使用され、
その輻射パッチがパッチラインと接続する有る側と隣接する場所に、パッチラインの単一側に沿って、一つのスロットが設けられ、そのスロットを利用して、そのパッチアンテナの上に通す回路ルートＷを単一側だけ迂回化させることを特徴とするパッチアンテナ構造。
パッチラインの単一側に沿って設けられたスロットは、そのロットの開口端に向かって、段々伸びる形状に設計することで、電流が単一側のスロットにあるパッチのルートを通過することを有効に制御して、パッチラインの上での電流ルートを離れさせることを特徴とする請求項１記載のパッチアンテナ構造。
その段々伸びる形状は階段式に段々伸びる形状を使用可能であることを特徴とする請求項２記載のパッチアンテナ構造。
その段々伸びる形状はアーク形状に段々伸びる形状を使用可能であることを特徴とする請求項２記載のパッチアンテナ構造。