JP2005124048A - Antenna device - Google Patents
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Description
本発明は、誘電体基体の天面にパッチ電極が設けられているパッチアンテナ素子を回路基板上に搭載してなるアンテナ装置に係り、特に、高誘電率の誘電体基体を用いてパッチアンテナ素子の小型化を促進しているアンテナ装置に関する。 The present invention relates to an antenna device in which a patch antenna element having a patch electrode provided on the top surface of a dielectric substrate is mounted on a circuit board, and more particularly to a patch antenna element using a dielectric substrate having a high dielectric constant. The present invention relates to an antenna device that promotes downsizing.
小型化に好適で比較的安価に製造できるパッチアンテナ素子は、車載用等のアンテナ装置に広く採用されている。かかるパッチアンテナ素子は、セラミック等の誘電体材料からなる誘電体基体の両面にパッチ電極(放射導体)とグラウンド電極を設け、天面側のパッチ電極の給電点に給電ピンや給電ラインの一端を接続することにより概略構成されている。そして、かかるパッチアンテナ素子を広いグラウンド導体部が設けられた回路基板上に搭載し、給電ピンや給電ラインの他端を回路基板側のアンテナ回路に接続することによって、所望の利得を確保したアンテナ装置が得られる(例えば、特許文献1参照)。 Patch antenna elements that are suitable for miniaturization and can be manufactured at a relatively low cost are widely used in antenna devices for vehicles and the like. Such a patch antenna element is provided with a patch electrode (radiation conductor) and a ground electrode on both surfaces of a dielectric substrate made of a dielectric material such as ceramic, and one end of a feed pin or a feed line is connected to a feed point of the patch electrode on the top surface side. It is roughly configured by connecting. An antenna that secures a desired gain by mounting such a patch antenna element on a circuit board provided with a wide ground conductor and connecting the other end of the feed pin or feed line to the antenna circuit on the circuit board side. An apparatus is obtained (for example, refer to Patent Document 1).
図7はこの種のアンテナ装置の従来例を示す平面図であって、GPS(全地球測位システム)用のパッチアンテナ素子1が回路基板2上に搭載されている。パッチアンテナ素子1は、セラミック等からなる平面視矩形の誘電体基体3と、誘電体基体3の天面に設けられた所定形状のパッチ電極4と、誘電体基体3の底面に設けられた図示せぬグラウンド電極と、誘電体基体3を貫通してパッチ電極4の給電点に接続された給電ピン5とによって構成されており、給電ピン5は前記グラウンド電極とは非接触に保たれている。また、パッチアンテナ素子1を搭載している回路基板2の上面側にはほぼ全面にグラウンド導体部6が設けられており、図示はしていないが、回路基板2の下面側にはフィルタ部や増幅部等を含むアンテナ回路が配設されている。このアンテナ回路には前記給電ピン5が接続されており、この給電ピン5を介してパッチ電極4に所定の高周波電力を供給することにより、パッチ電極4は励振される。そして、図7に示すようにパッチアンテナ素子1が広いグラウンド導体部6上の中央付近に搭載されていることから、励振時のパッチ電極4と広いグラウンド導体部6との間に生じる電界によって効率よく電波を放射することが可能となっている。
FIG. 7 is a plan view showing a conventional example of this type of antenna device, in which a
なお、このようなアンテナ装置では、昨今、回路基板2の高密度実装や多機能化を容易にする等の要望に応えるため、パッチアンテナ素子1が著しく小型化されてきている。具体的には、パッチアンテナ素子1の誘電体基体3の材料として一般的に用いられている比誘電率35程度のセラミックの代わりに、比誘電率が大幅に高い(例えば90程度)セラミックを用いれば、波長短縮効果が著しく増大されてパッチ電極4の大きさをかなり縮小できる。つまり、パッチ電極を一辺の長さがLの正方形とした場合、その共振長をλ、誘電体基体の比誘電率をεとすると、Lの値は約λ/(2√ε)に設定できるので、比誘電率εの値を大きくすることによって、パッチ電極の面積を低減できてパッチアンテナ素子の小型化が促進できる。
上述したように、比誘電率が例えば90程度のセラミックを使用することでパッチアンテナ素子の小型化を促進できるが、このように高誘電率の誘電体基体を使用した場合、アンテナの共振の鋭さを示すQ値が増加して帯域幅が狭くなるため、狭帯域化に起因する製造歩留まりの低下が問題となってくる。すなわち、帯域幅があまりに狭いと、アンテナ装置を量産する製造現場において、共振周波数が最適値から僅かにずれただけの製品が感度不足の不良品となってしまうため、歩留まりの低下を余儀なくされてコストアップを招来してしまう。 As described above, it is possible to promote downsizing of the patch antenna element by using a ceramic having a relative dielectric constant of, for example, about 90. However, when the dielectric substrate having such a high dielectric constant is used, the sharpness of antenna resonance is achieved. Since the Q value indicating the value increases and the bandwidth is narrowed, a decrease in manufacturing yield due to the narrowing of bandwidth becomes a problem. In other words, if the bandwidth is too narrow, a product whose resonance frequency is slightly deviated from the optimum value at a manufacturing site where mass production of antenna devices will result in a defective product with insufficient sensitivity, resulting in a reduction in yield. Incurs an increase in cost.
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、高誘電率の誘電体基体を用いてパッチアンテナ素子を小型化しても帯域幅が不所望に狭くならず、もって製造歩留まりの向上が図れるアンテナ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a state of the art, and the purpose thereof is to reduce the bandwidth undesirably even if the patch antenna element is miniaturized using a dielectric substrate having a high dielectric constant. Accordingly, an object of the present invention is to provide an antenna device capable of improving the manufacturing yield.
上述した目的を達成するため、本発明のアンテナ装置では、比誘電率が70以上の誘電体材料からなる誘電体基体と、該誘電体基体の天面に設けられたパッチ電極と、該パッチ電極の給電点に接続された給電手段とを備えたパッチアンテナ素子を、回路基板の片面でグラウンド導体部が形成されている領域の縁部に搭載した。 In order to achieve the above-described object, in the antenna device of the present invention, a dielectric substrate made of a dielectric material having a relative dielectric constant of 70 or more, a patch electrode provided on the top surface of the dielectric substrate, and the patch electrode A patch antenna element having a feeding means connected to the feeding point is mounted on the edge of a region where the ground conductor is formed on one side of the circuit board.
このようにパッチアンテナ素子が回路基板のグラウンド導体部上の縁部に搭載されていると、該縁部の側では広いグラウンド導体部が存しないため放射効率が若干低下するが、該縁部側とは異なる側では回路基板に広いグラウンド導体部を設けることによって放射効率を高めることができるので、共振の鋭さを示すQ値を低下させたアンテナ装置が得られる。それゆえ、誘電体基体の材料の比誘電率を70以上、好ましくは90以上にしてパッチアンテナ素子の小型化を促進した場合でも、Q値の増大が抑制できるため帯域幅が広くなり、よってアンテナ装置の製造歩留まりが改善して大幅なコストダウンが図れる。 When the patch antenna element is mounted on the edge portion on the ground conductor portion of the circuit board in this way, the radiation efficiency is slightly reduced because there is no wide ground conductor portion on the edge portion side. On the other side, the radiation efficiency can be increased by providing a wide ground conductor on the circuit board, so that an antenna device with a reduced Q value indicating the sharpness of resonance can be obtained. Therefore, even when the dielectric constant of the material of the dielectric substrate is set to 70 or more, preferably 90 or more, and the downsizing of the patch antenna element is promoted, the increase in the Q value can be suppressed, so that the bandwidth is widened. The manufacturing yield of the device is improved and the cost can be greatly reduced.
かかる構成のアンテナ装置において、パッチアンテナ素子の形状は特に限定されるものではないが、例えばパッチアンテナ素子の誘電体基体が平面視矩形であるとすると、該誘電体基体の少なくとも一側面を回路基板のグラウンド導体部の外縁近傍に略平行に配置させておけばよい。さらに、Q値を抑えて帯域幅を広げる必要性が特に高い場合には、グラウンド導体部にパッチアンテナ素子が搭載される矩形の突出縁部を延設して、該突出縁部の外縁である三辺の近傍にそれぞれパッチアンテナ素子の誘電体基体の相異なる三つの側面を略平行に配置させておけばよい。 In the antenna device having such a configuration, the shape of the patch antenna element is not particularly limited. For example, when the dielectric substrate of the patch antenna element is rectangular in plan view, at least one side surface of the dielectric substrate is a circuit board. What is necessary is just to arrange | position in the vicinity of the outer edge of this ground conductor part substantially parallel. Furthermore, when the necessity to suppress the Q value and widen the bandwidth is particularly high, a rectangular protruding edge portion on which the patch antenna element is mounted is extended to the ground conductor portion, which is the outer edge of the protruding edge portion. Three different side surfaces of the dielectric substrate of the patch antenna element may be arranged substantially in parallel in the vicinity of the three sides.
本発明のアンテナ装置は、小型化を促進するために高誘電率(比誘電率が70以上)の誘電体基体を用いているパッチアンテナ素子を、回路基板の片面でグラウンド導体部が形成されている領域の縁部に搭載しているため、Q値を抑えて帯域幅を広げることができる。それゆえ、かかるアンテナ装置を量産する製造現場において、共振周波数が最適値から若干ずれていてもアンテナ性能には問題のない良品となるため製造歩留まりが向上し、大幅なコストダウンが期待できる。 In the antenna device of the present invention, a patch antenna element using a dielectric base having a high dielectric constant (relative permittivity is 70 or more) to promote downsizing, and a ground conductor portion is formed on one side of a circuit board. Since it is mounted on the edge of the region, the bandwidth can be expanded while suppressing the Q value. Therefore, in a manufacturing site where such an antenna device is mass-produced, even if the resonance frequency is slightly deviated from the optimum value, the antenna performance becomes a non-defective product, so that the manufacturing yield can be improved and a significant cost reduction can be expected.
発明の実施の形態を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アンテナ装置の平面図、図2は該アンテナ装置の要部側面図である。 An embodiment of the invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of an antenna device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view of a main part of the antenna device.
これらの図に示すアンテナ装置は、パッチアンテナ素子10を回路基板11上の所定位置に搭載してGPS用アンテナとなしたものである。このパッチアンテナ素子10は、平面視矩形の誘電体基体12と、誘電体基体12の天面に設けられた所定形状のパッチ電極13と、誘電体基体12の底面に設けられたグラウンド電極14と、誘電体基体12を貫通してパッチ電極13の給電点に接続された給電ピン15とによって構成されており、給電ピン15はグラウンド電極14とは非接触に保たれている。ここで、誘電体基体12は比誘電率が70以上の高誘電率材料からなり、本実施形態例の場合は比誘電率が90程度のセラミックからなり、このように高誘電率の誘電体基体12を用いることによって、パッチアンテナ素子10は著しく小型化されている。
The antenna device shown in these drawings is a GPS antenna in which a
一方、回路基板11の上面側には、ほぼ全面にグラウンド導体部16が設けられており、回路基板11の下面側には、フィルタ部や増幅部等を含むアンテナ回路17が配設されている。回路基板11の下面側にはまた、図示せぬスルーホールを介して上面側のグラウンド導体部16と導通されたグラウンド導体部18が設けられている。図1に示すように、回路基板11の一部は矩形突部11aとしてせり出しており、矩形突部11aの上面にグラウンド導体部16の矩形の突出縁部16aが延設され、この突出縁部16a上にパッチアンテナ素子10が搭載されている。具体的には、突出縁部16aのコ字形の外縁を構成している三辺の近傍にそれぞれ、誘電体基体12の相異なる三つの側面を略平行に配置させた状態で、パッチアンテナ素子10は突出縁部16a上に搭載されている。ただし、パッチアンテナ素子10の給電ピン15はグラウンド導体部16とは接触せず、回路基板11を貫通してアンテナ回路17に接続されている。そして、この給電ピン15を介してパッチ電極13に所定の高周波電力を供給することにより、パッチ電極13は励振される。
On the other hand, a
励振時のパッチ電極13とグラウンド導体部16,18との間には電界が生じて電波が放射されるが、パッチアンテナ素子10がグラウンド導体部16の突出縁部16a上に搭載されているため、上から見てパッチアンテナ素子10の一辺側にはグラウンド導体部16が広がっているものの、パッチアンテナ素子10の残余の三辺側には広いグラウンド導体部16が存在していない(図1参照)。したがって、図2に矢印で示すように、広いグラウンド導体部16が存する側ではパッチ電極13と該グラウンド導体部16との間に強い電界が生じて放射効率が高まるが、それ以外の側では、回路基板11をまわり込むパッチ電極13とグラウンド導体部18間の電界が支配的となるため放射効率は若干低下する。その結果、本実施形態例に係るアンテナ装置は、パッチアンテナ素子10の小型化に伴うQ値の増大が抑制されて帯域幅が広くなっている。
An electric field is generated between the
図3は、本実施形態例に係るアンテナ装置の周波数に応じたリターンロス(反射減衰量)を示す特性図であり、比較例として、パッチアンテナ素子10をグラウンド導体部16上の中央付近に搭載した場合のリターンロスも示している。パッチアンテナ素子10をグラウンド導体部16の突出縁部16a上に搭載している本実施形態例の場合、そのリターンロスは図3に実線で示す特性曲線のようになり、共振周波数f0から多少ずれた周波数でも−10dB以下となって帯域幅が広がっていることがわかる。これに対して、パッチアンテナ素子10をグラウンド導体部16上の中央付近に搭載した比較例の場合、図3に破線で示す特性曲線ようになり、Q値が極めて大きいため共振周波数f0においてリターンロスが急減し、周波数がf0から僅かにずれただけでリターンロスは−10dBを上回ってしまうことがわかる。この比較例のように帯域幅が非常に狭いアンテナ装置を量産する製造現場では、共振周波数が最適値から僅かにずれただけの製品が感度不足の不良品となってしまうため、歩留まりが極めて悪くなる。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing the return loss (reflection loss) according to the frequency of the antenna device according to the present embodiment. As a comparative example, the
上述したように、本実施形態例に係るアンテナ装置では、高誘電率の誘電体基体12を用いてパッチアンテナ素子10の小型化を促進しつつ、このパッチアンテナ素子10をグラウンド導体部16の突出縁部16a上に搭載することによって共振の鋭さを示すQ値を意図的に低下させているので、パッチアンテナ素子10が超小型でありながら所望の帯域幅が確保されている。そのため、このアンテナ装置を量産する製造現場においては、共振周波数が最適値から若干ずれていてもアンテナ性能には問題のない良品となるため製造歩留まりが向上し、大幅なコストダウンが期待できる。
As described above, in the antenna device according to this embodiment, the
なお、上述した実施形態例では、グラウンド導体部16に延設した突出縁部16a上にパッチアンテナ素子10を搭載しているため、Q値を抑えて帯域幅を広げる効果が高まっているが、帯域幅を少し広げるだけで製造歩留まりが顕著に改善する場合や、利得の低下を極力回避する必要がある場合などには、突出縁部16aを省略した構成にしてもよい。例えば、図4の平面図に示すように、パッチアンテナ素子10をグラウンド導体部16の一辺端の中央部付近に搭載した場合、誘電体基体12の一側面だけがグラウンド導体部16の外縁の近傍に配置され、誘電体基体12の残り三つの側面は広いグラウンド導体部16に臨出することになるため、Q値は僅かに低下するだけであるが、それでも帯域幅を少しだけ広げる効果はある。また、図5の平面図に示すように、パッチアンテナ素子10をグラウンド導体部16の隅部に搭載した場合には、誘電体基体12の二つの側面がグラウンド導体部16の外縁の近傍に配置され、誘電体基体12の残り二つの側面は広いグラウンド導体部16に臨出することになるため、その帯域幅は、図4に示すアンテナ装置よりも広く、図1に示す前記実施形態例よりも狭くなる。
In the embodiment described above, since the
また、パッチアンテナ素子の誘電体基体が平面視矩形でない場合にも本発明は適用可能である。例えば、図6の平面図に示すパッチアンテナ素子20は、誘電体基体12が平面視円形でパッチ電極13も略円形であるが、グラウンド導体部16に舌状の突出縁部16bを延設して、この突出縁部16b上にパッチアンテナ素子20を搭載することにより、図1に示す前記実施形態例とほぼ同様の効果が期待できる。
The present invention is also applicable when the dielectric substrate of the patch antenna element is not rectangular in plan view. For example, in the
10,20 パッチアンテナ素子
11 回路基板
12 誘電体基体
13 パッチ電極
14 グラウンド電極
15 給電ピン
16 グラウンド導体部
16a,16b 突出縁部
17 アンテナ回路
DESCRIPTION OF
Claims (4)
4. A rectangular protruding edge portion on which the patch antenna element is mounted is extended to the ground conductor portion according to claim 3, and the phase of the dielectric substrate is respectively near three sides that are outer edges of the protruding edge portion. An antenna device characterized in that three different side surfaces are arranged substantially in parallel.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003359283A JP2005124048A (en) | 2003-10-20 | 2003-10-20 | Antenna device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2003359283A JP2005124048A (en) | 2003-10-20 | 2003-10-20 | Antenna device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005124048A true JP2005124048A (en) | 2005-05-12 |
Family
ID=34615563
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003359283A Withdrawn JP2005124048A (en) | 2003-10-20 | 2003-10-20 | Antenna device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2005124048A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
NL2007000C2 (en) * | 2011-06-27 | 2012-07-16 | Nedap Nv | RFID ANTENNA FOR TRANSMITTING AN ELECTROMAGNETIC INQUIRY FIELD AND RECEIVING REACTIONS FROM AN RFID LABEL SITUATED IN THE INQUIRY FIELD. |
WO2023068008A1 (en) * | 2021-10-22 | 2023-04-27 | 株式会社ヨコオ | Antenna device |
-
2003
- 2003-10-20 JP JP2003359283A patent/JP2005124048A/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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NL2007000C2 (en) * | 2011-06-27 | 2012-07-16 | Nedap Nv | RFID ANTENNA FOR TRANSMITTING AN ELECTROMAGNETIC INQUIRY FIELD AND RECEIVING REACTIONS FROM AN RFID LABEL SITUATED IN THE INQUIRY FIELD. |
WO2023068008A1 (en) * | 2021-10-22 | 2023-04-27 | 株式会社ヨコオ | Antenna device |
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Legal Events
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