JP2004304443A

JP2004304443A - アンテナ

Info

Publication number: JP2004304443A
Application number: JP2003093761A
Authority: JP
Inventors: Osamu Ueda; 收上田
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-03-31
Filing date: 2003-03-31
Publication date: 2004-10-28
Also published as: EP1465291A1; DE602004013395D1; EP1465291B1; US20050134508A1; US7053834B2; DE602004013395T2

Abstract

【課題】異なる周波数帯域に対応してそれぞれに優れた電波特性を示す多重バンドの平面アンテナを提供する。
【解決手段】誘電体基板１１上にそれぞれが周波数帯域を相互に異にする複数の平面アンテナパターン１５ａ、１５ｂが形成されたアンテナ１０。各平面アンテナパターン１５ａ、１５ｂが設けられた誘電体基板１１の領域１４ａ、１４ｂ毎における板厚寸法ｔ、ｔ１が相互に異なる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面アンテナに関し、特に、異なる複数の周波数帯域に有効な、いわゆる多重バンドアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のアンテナの一つに、例えば特許文献１に提案されているような、ＵＨＦ信号とＬＦ信号とを取り扱う多重バンドアンテナがある。
【０００３】
このアンテナでは、特許文献１の図２に示されているように、誘電体材料からなる円板６上に、内側円形アンテナエレメント７と、該円形アンテナエレメントを取り巻いてこれと同一面上に配置される外側環状アンテナエレメント８とが設けられている。ＵＨＦ信号の送信には両アンテナエレメント７，８が用いられ、ＬＦ信号の受信には外側環状アンテナエレメント８が用いられている。これにより互いに周波数帯域の異なるＵＨＦ信号の送信と、ＬＦ信号の受信とが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−３０３１６号公報（３、４頁および図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような多重バンドの発想を本明細書に添付の図５に示すようなパッチアンテナに適用しようとして、平板状の等厚寸法を有する誘電体基板の同一平面上に周波数帯域の異なる複数のアンテナパターンを形成しても、所望の周波数帯域に対応した特性を示す良好な多重バンドアンテナを得ることはできない。
【０００６】
すなわち、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すパッチアンテナのような平面アンテナでは、アンテナパターン２Ａ、２Ｂの長さ寸法ａ、ａ′は、適用する希望周波数が高くなると、それに応じて短くなる。そのため、例えば低周波用アンテナパターン２Ａに適した等厚寸法ｂを有する平板状の誘電体基板３上に、これよりも高周波用のアンテナパターン２Ｂを形成しようとすると、高周波側のアンテナパターンの長さａ′が誘電体基板の板厚寸法ｂよりも小さくなることがある。
【０００７】
この誘電体基板１の厚さ寸法ｂが図５（ａ）に示すようにアンテナパターン２Ａの長さ寸法ａよりも充分に小さいと、受信電波により発生する板厚方向の電界Ｅは有効にアンテナパターン２Ａに作用することから、このアンテナパターン２Ａにより電波を効果的に受信することができる。しかしながら、誘電体基板３の厚さ寸法ｂ′が図５（ｂ）に示すようにアンテナパターン２Ｂの長さ寸法ａ′よりも大きくなると、電界Ｅが板厚方向すなわちアンテナパターン２Ａに向かう方向から外れ易く、放射損が生じることにより、効率的な受信が困難となる。
【０００８】
そのため、異なる周波数帯域に対応してそれぞれに優れた電波特性を示す多重バンドの平面アンテナが望まれていた。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、異なる周波数帯域に対応してそれぞれに優れた電波特性を示す多重バンドの平面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】
本発明は、誘電体基板上に周波数帯域を相互に異にする複数の平面アンテナパターンが形成されたアンテナにおいて、前記各平面アンテナパターンが設けられた領域毎における前記誘電体基板の板厚寸法を相互に異にしたことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る前記アンテナでは、例えば、平坦な裏面を有する誘電体基板の厚さ寸法を部分的に変えることにより、その表面に高さレベルが相互に異なる平面領域を形成することができ、各平面領域にそれぞれの周波数帯域に適した長さのアンテナパターンを形成することができる。前記誘電体基板のそれぞれの平面領域における厚さ寸法を各平面領域に設けられた前記各アンテナパターンの周波数帯域に適した寸法に設定することにより、それぞの周波数帯域で放射損の少ない良好な電波特性を示す平面アンテナが形成される。
【００１２】
従って、本発明によれば、異なる周波数帯域に対応してそれぞれに優れた電波特性を示す平面アンテナを形成することができる。
【００１３】
前記誘電体基板の裏面を平坦面とし、その表面を階段状の段差面とすることができる。裏面である平坦面には接地導体が形成され、前記段差面にはその段差面毎に各平面アンテナパターンが形成される。
【００１４】
このような段差面を有する誘電体基板は合成樹脂材料で形成することにより、容易に得ることができる。
【００１５】
複数の前記段差面は、単一の閉鎖線で規定される中央面と、該面を取り巻いて配置されそれぞれが２つの互いに同心的な閉鎖線で規定される複数の環状面で構成することができる。これら中央面および各環状面は順次高さ位置を異にして配列される。
【００１６】
前記各平面アンテナパターンは周波数帯域順に前記各段差面に順次配置される。また、段差面が規定された誘電体基板は、前記段差を規定すべく前記中央面から最外方に位置する前記環状面へ向けて順次厚さ寸法を漸増させることができる。
【００１７】
これとは逆に、前記誘電体基板は、前記段差を規定すべく前記中央面から最外方に位置する前記環状面へ向けて順次厚さ寸法を漸減させることができる。
【００１８】
前記各平面アンテナパターンは、中央面に配置された平面アンテナパターンから最外方に位置する前記環状面に配置された前記アンテナパターンに向けて、順次その周波数帯域を漸増させて配置される。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示の実施の形態に沿って詳細に説明する。
【００２０】
図１および図２は本発明に係る実施の形態１を示す。本発明に係るパッチアンテナ１０は、図１に示すように、誘電体基板１１と、該誘電体基板の裏面１２に形成された接地導体１３と、誘電体基板１１の表面１４に形成された２つのアンテナパターン１５（１５ａおよび１５ｂ）とを備える。
【００２１】
誘電体基板１１は、図２に示すように、ほぼ均等な板厚寸法ｔを有する板状の合成樹脂材料からなり、平坦な裏面１２は接地導体１３により覆われている。
【００２２】
誘電体基板１１の表面１４には均等な深さ寸法ｄを有する全体に矩形の凹所１６が形成されている。この凹所１６の底面１４ａは、誘電体基板１１の裏面１２と平行である。凹所１６の底面は単一の矩形の閉鎖直線で規定される矩形の底面であり、この凹所１６は、誘電体基板１１の表面１４を凹所１６の底面で構成される矩形の中央平面領域１４ａと、凹所１６を取り巻く平坦な環状の矩形平面領域１４ｂとに区画する。
【００２３】
従って、この誘電体基板１１の中央平面領域である中央面１４ａにおける板厚寸法ｔ１は、矩形平面領域である環状面１４ｂにおける板厚寸法ｔよりも凹所１６の深さｄ分小さく、この中央面１４ａおよび環状面１４ｂは、裏面１２からの高さレベルを相互に異にすることにより、表面１４に段差面１４ａ、１４ｂを形成する。
【００２４】
中央面１４ａには、該中央面の長手方向に沿って長さ寸法Ｌ１を有する矩形の第１の平面アンテナパターン１５ａが形成されており、環状面１４ｂには、凹所１６の開口縁部に沿って長さ寸法Ｌ２を有する矩形枠体からなる第２の平面アンテナパターン１５ｂが形成されている。各アンテナパターン１５（１５ａおよび１５ｂ）の長さ寸法Ｌ１、Ｌ２は、従来よく知られているように所望の周波数でそれぞれが共振するように、例えば所望の各周波数の波長の半値に設定されている。このようなアンテナパターン１５（１５ａおよび１５ｂ）は、例えば該アンテナパターンのための導電層を該導電層が各面１４ａ、１４ｂを覆うように形成した後、従来よく知られているようなエッチングを用いて、その不要部分を除去することにより、形成することができる。
【００２５】
各アンテナパターン１５（１５ａおよび１５ｂ）には、図２に示すように、それぞれの給電点１７ａ、１７ｂで、接地導体１３に電気的に絶縁された給電ピン１８ａ、１８ｂが接続されている。各給電ピン１８ａ、１８ｂには、各同軸ケーブル１９ａ、１９ｂの芯線２０ａ、２０ｂが接続され、各同軸ケーブル１９ａ、１９ｂのシールド線２０ａ、２０ｂが接地導体１３に接続される。
【００２６】
本発明に係るパッチアンテナ１０では、各アンテナパターン１５（１５ａおよび１５ｂ）が設けられる誘電体基板１１の各平面領域１４ａ、１４ｂにおける厚さ寸法ｔ、ｔ１は、それぞれのアンテナ長Ｌ１、Ｌ２に対応する周波数帯域に応じて、放射損が少なくなるように、適正な厚さ寸法に設定されている。
【００２７】
すなわち、第１のアンテナパターン１５ａのアンテナ長Ｌ１は、第２のアンテナパターン１５ｂのアンテナ長Ｌ２よりも小さく、第１のアンテナパターン１５ａの共振周波数帯域は第２のアンテナパターン１５ｂのそれよりも高い。このアンテナ長Ｌ１、Ｌ２の差違に応じて、放射損の低減を図るために、小さなアンテナ長Ｌ１を有する第１のアンテナパターン１５ａが形成された中央平面領域１４ａにおける誘電体基板１１の板厚寸法ｔ１は、これよりも長いアンテナ長Ｌ２を有する第２のアンテナパターン１５ｂが形成された環状平面領域１４ｂにおける誘電体基板１１の板厚寸法ｔよりも小さく設定されている。また、各アンテナパターン１５（１５ａおよび１５ｂ）のアンテナ長Ｌ１、Ｌ２と直角な方向の幅寸法は、電波の放射に適するように適宜選択される。
【００２８】
従って、本発明に係るパッチアンテナ１０によれば、前記したように、対応周波数帯域に応じたアンテナ長Ｌ１、Ｌ２を有する各平面アンテナパターン１５ａおよび１５ｂに対応してそれぞれの放射損失の低減が図られるように誘電体基板１１の板厚寸法が各平面領域１４ａ、１４ｂ毎に適正に設定されることから、２種類の波長帯域の電波の送受信で放射損の少ない良好な電波特性を得ることができる。
【００２９】
接地導体１３が設けられる誘電体基板１１の裏面１２に前記したような凹所１６を形成することにより、裏面１２を階段状にし、アンテナパターン１５（１５ａおよび１５ｂ）が設けられる表面１４を平坦面とすることによっても、各アンテナパターン１５ａおよび１５ｂが形成される領域毎で、誘電体基板１１の板厚寸法を変えることができる。
【００３０】
しかしながら、この場合には、階段状の裏面１２のほぼ全域を接地導体１３で覆う必要が生じ、接地導体１３の形成工程が複雑化する。これに対し、アンテナパターン１５（１５ａおよび１５ｂ）が設けられる表面１４を階段状とすることにより、前記したように平坦な裏面１２に均一に接地導体１３を形成し、階段状の各面１４ａ、１４ｂ毎にそれぞれのアンテナパターン１５ａおよび１５ｂを形成することができ、より容易に製造することができる。
【００３１】
また、誘電体基板１１をセラミックのような誘電体材料で形成することができるが、所望形状を有する階段状の誘電体基板１１を容易に入手する上で、誘電体基板１１を前記したように合成樹脂材料で形成することが望ましい。
【００３２】
このような２重バンドのアンテナ１０は、例えばＡＭＰＳおよびＰＣＳのような２バンドの移動電話用として用いることができる。
【００３３】
図３は、第２の実施の形態を示す。図３に示すアンテナ１１０は、５つの相互に異なる周波数帯域に適応し得る多重帯域アンテナの例を示す。
【００３４】
アンテナ１１０の誘電体基板１１の表面１１４には、矩形の凹所１１６が形成されており、凹所１１６の中央底面には単一の矩形直線で規定される矩形の中央面１１４ａが形成されている。凹所１１６の周壁は階段状に形成され、これにより凹所１１６の口径が該凹所の開放端へ向けて漸増する。この凹所１１６の口径の漸増により、中央面１１４ａを取り巻いて順次、第１、第２、第３および第４の環状段差面１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄおよび１１４ｅが形成されている。各環状段差面１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄおよび１１４ｅは、それぞれが同心的な２つの相似形の矩形によりその内周及び外周を規定されており、順次、裏面１１２からの高さ位置を増大させている。中央面１１４ａおよび環状段差面１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄおよび１１４ｅは、各段差面１１４ａ〜１１４ｅを構成し、これにより誘電体基板１１のそれぞれの段差面１１４ａ〜１１４ｅにおける板厚寸法は中央面１１４ａから凹所１１６の開放縁部に位置する環状段差面１１４ｅに向けて、順次、漸増する。
【００３５】
中央面１１４ａおよびこれを取り巻く階段状の各環状面１１４ｂ〜１１４ｅで構成される各段差面１１４ａ〜１１４ｅをそれぞれの平面領域として、各平面領域１１４ａ〜１１４ｅ上には、第１〜第５の各平面アンテナパターン１１５ａ〜１１５ｅが形成されている。
【００３６】
中央面１１４ａには、図１に示したと同様な矩形の第１のアンテナパターン１１５ａが形成され、各環状面１１４ｂ〜１１４ｅには、図１に示したと同様な矩形枠体状の第２ないし第５の各アンテナパターン１１５ｂ〜１１５ｅが配置されている。第１ないし第５の各アンテナパターン１１５ａ〜１１５ｅは、順次アンテナ長Ｌ１〜Ｌ５を漸増させる。図３には、各給電点および給電ピンは図面の簡素化のために省略されている。
【００３７】
図３に示すアンテナ１１０によれば、それぞれのアンテナパターン１１５ａ〜１１５ｅの周波数帯域に応じたアンテナ長Ｌ１〜Ｌ５の減少に応じて、各アンテナパターン１１５ｂ〜１１５ｅが配置される領域である各段部における板厚寸法が順次誘電体基板１１の中央部へ向けて漸減され、これにより各アンテナパターン１１５ｂ〜１１５ｅが配置される領域１１４ａ〜１１４ｅ毎に、誘電体基板１１の板厚寸法が適正に設定される。これにより各周波数帯域での放射損を抑制し、各アンテナパターン１１５ｂ〜１１５ｅの数に一致した周波数帯域数でそれぞれの電波を良好に送受信することができる。
【００３８】
必要に応じて、第１のアンテナパターン１１５ａを矩形に代えて円形とし、また第２ないし第５の各アンテナパターン１１５ｂ〜１１５ｅを矩形の環状に代えて、円形の環状とすることができる。
【００３９】
実施の形態１および２では、誘電体基板１１に凹所１６、１１６を形成して階段状の段差面を構成した例を示したが、図４に示すように、誘電体基板１１の表面２１４に多段の凸状部２１６を形成し、各段差面２１４ａ〜２１４ｅのそれぞれに第１〜第５の平面アンテナパターン２１５ａ〜２１５ｅを形成することができる。誘電体基板１１の裏面２１２には、前記したと同様な接地導体２１３が設けられる。
【００４０】
この場合、第１の平面アンテナパターン１１５ａ〜１１５ｅが順次アンテナ長Ｌ１〜Ｌ５を漸増させ、誘電体基板１１の各板厚寸法はアンテナ長Ｌ１〜Ｌ５の漸増に伴い減少するが、この板厚寸法の漸減によって各帯域でのアンテナパターンの放射パターン（指向性パターン）を図４に各黒矢印で示すような所望の方向のパターンに制御することができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、誘電体基板の平面領域における厚さ寸法をそれぞれの平面領域に設けられる各アンテナパターンの周波数帯域に適した寸法に設定することにより、それぞの周波数帯域で放射損の少ない良好な電波特性を示す平面アンテナを形成することができ、これにより、異なる周波数帯域に対応してそれぞれに優れた電波特性を示す平面アンテナを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るアンテナの第１の実施の形態を示す斜視図である。
【図２】図１に示した線ＩＩ−ＩＩに沿って得られた断面図である。
【図３】本発明に係るアンテナの第２の実施の形態を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明に係るアンテナの第３の実施の形態を概略的に示す断面図である。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ平面アンテナのアンテナ長と誘電体の厚さ寸法との関係について特性を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１０、１１０、２１０アンテナ
１１誘電体基板
１２誘電体基板の裏面
１３接地導体
１４、１１４、２１４誘電体基板の表面
１４ａ、１４ｂ、１１４ａ〜１１４ｅ、２１４ａ〜２１４ｅ（領域）段差面
１５（１５ａ〜１５ｅ）アンテナパターン

Claims

誘電体基板上に周波数帯域を相互に異にする複数の平面アンテナパターンが形成されたアンテナであって、前記各平面アンテナパターンが設けられた領域毎における前記誘電体基板の板厚寸法が相互に異なることを特徴とするアンテナ。
前記誘電体基板の裏面は平坦面であり、該平坦面に接地導体が形成され、前記誘電体の表面は階段状の段差面であり、該段差面毎に前記各平面アンテナパターンが形成されている請求項１に記載のアンテナ。
前記誘電体基板は合成樹脂材料で形成されている請求項２に記載のアンテナ。
前記複数の段差面は、単一の閉鎖線で規定される中央面と、該面を取り巻いて配置されそれぞれが２つの互いに同心的な閉鎖線で規定される複数の環状面であって順次高さ位置を異にする複数の環状面とで構成されている請求項２または３に記載のアンテナ。
前記各平面アンテナパターンは周波数帯域順に前記段差面に配置されている請求項２、３または４のいずれか一項に記載のアンテナ。
前記誘電体基板は、前記段差を規定すべく前記中央面から最外方に位置する前記環状面へ向けて順次厚さ寸法を漸増させる請求項４または５に記載のアンテナ。
前記誘電体基板は、前記段差を規定すべく前記中央面から最外方に位置する前記環状面へ向けて順次厚さ寸法を漸減させる請求項４または５に記載のアンテナ。
前記各平面アンテナパターンは、前記中央面に配置された前記平面アンテナパターンから前記最外方に位置する前記環状面に配置された前記アンテナパターンに向けて、順次その周波数帯域を漸増させる請求項６または７に記載のアンテナ。