JP2005143027A

JP2005143027A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2005143027A
Application number: JP2003380115A
Authority: JP
Inventors: Genshu To; 元珠竇
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2003-11-10
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-11-10
Also published as: JP3814271B2; EP1530254A1; EP1530254B1; US20050093748A1; US7046203B2

Abstract

【課題】放射導体板を小型化できて誘電体損失も少なく、しかも安価に製造できるアンテナ装置（板金パッチアンテナ）を提供すること。
【解決手段】板金パッチアンテナ１０は、金属板からなる接地導体１１と、接地導体１１上に載置固定された誘電体基板１２と、誘電体基板１２上に所定の間隔を存して配置された金属板からなる放射導体板１３と、放射導体板１３の外周部寄りの４箇所を誘電体基板１２側へ切り起こして折曲形成された脚片１４と、放射導体板１３の給電点から延出する給電用金属片１５とを備えており、誘電体基板１２の上面の四隅に設けられた半田ランド１６に脚片１４を半田付けすることによって、放射導体板１３が所定の高さ位置に保持されている。また、半田ランド１６は誘電体基板１２を介して接地導体１１と対向しているので、各半田ランド１６と接地導体１１との間には付加容量が形成される。
【選択図】図３

Description

本発明はパッチアンテナ構造の小型のアンテナ装置に係り、特に、放射導体板が金属板からなり板金パッチアンテナとも称されるアンテナ装置に関する。

放射導体板が金属板からなる板金パッチアンテナは、誘電体基板の片面に放射導体層がパターニングされているパッチアンテナに比べて安価に製造できるという利点がある。この種の板金パッチアンテナは、接地導体上に空気層を介在させた状態で放射導体板が配置されるため、従来は、誘電体材料からなる支持部材によって放射導体板を支えるという構成が一般的であった（例えば、特許文献１参照）。

図６は、従来の板金パッチアンテナの一例を示す断面図である。同図に示す板金パッチアンテナ１は、絶縁基板２の上面にパターニングされた接地導体３と、この接地導体３上に所定の間隔を存して配置された金属板からなる放射導体板４と、接地導体３上に立設された誘電体材料からなる４本の支持部材５とを備えており、略正方形の放射導体板４の四隅が柱状の支持部材５に支持されている。また、放射導体板４の給電点には導電線６が接続されており、この導電線６が接地導体３および絶縁基板２を貫通する透孔７に挿通されて図示せぬアンテナ回路に接続されている。このように構成される板金パッチアンテナ１は、接地導体３と、電界強度の強い放射導体板４の外周部との間に、誘電体材料からなる支持部材５が介設されているため、誘電体による波長短縮効果を利用して放射導体板４の小型化が図れるという利点がある。
特開２００２−２３７７１４号公報（第２頁、図６）

上述した従来の板金パッチアンテナ１は、放射導体板４の小型化という点では有利であるが、支持部材５による誘電体損失によってアンテナ効率が低下するという問題があった。また、かかる従来の板金パッチアンテナ１は、誘電体材料からなる４本の支持部材５を接地導体３と放射導体板４との間に介設するため、材料費および組立費が嵩んで安価に製造できないという問題もあった。

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、放射導体板を小型化できて誘電体損失も少なく、しかも安価に製造できる板金パッチアンテナを提供することにある。

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、接地導体上に設けられた誘電体基板と、該誘電体基板上に配設された複数の半田ランドと、前記誘電体基板上に所定の間隔を存して配置された金属板からなる放射導体板と、該放射導体板の中央部を除く複数箇所を前記誘電体基板側へ折り返して形成された複数の脚片とを備え、これら複数の脚片を前記半田ランドに半田付けして前記放射導体板を支える構成とした。

このように構成されたアンテナ装置（板金パッチアンテナ）は、放射導体板から誘電体基板側へ延びる脚片を搭載して半田付けしている半田ランドが、誘電体基板を介して接地導体と対向しているため、これら半田ランドと接地導体との間に付加容量が形成されることとなり、それゆえ共振周波数が低くなって放射導体板の小型化が図れる。また、放射導体板と接地導体との間に所定厚の空気層を介在させておけば、誘電体基板は付加容量を形成するための薄い板厚のものでよいため、比較的安価な誘電体基板が使用できると共に、誘電体損失の影響を極力抑えることができる。しかも、複数の半田ランドの大きさや配置に応じて共振周波数が変化するため、共振周波数の微調整や広帯域化が比較的容易に行える。

かかる構成のアンテナ装置は、接地導体を放射導体板よりも大きい金属板とし、該接地導体上に放射導体板よりも小さい誘電体基板を載置しておくことが好ましい。これにより、鉄板等の安価な金属板からなる接地導体と、放射導体板よりも小さい安価な誘電体基板とを使用できるため、大幅なコストダウンが図れる。

本発明のアンテナ装置（板金パッチアンテナ）は、放射導体板を支える脚片を半田付けしている半田ランドが誘電体基板を介して接地導体と対向しているため、半田ランドと接地導体との間に形成される付加容量によって放射導体板を小型化することができる。また、板厚が薄く比較的安価な誘電体基板を使用できるため、誘電体損失を抑えてアンテナ効率を高めることができると共に、材料費や組立費を抑えたコストダウンが容易となる。

実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係る板金パッチアンテナの分解斜視図、図２は該板金パッチアンテナの一部を図示省略した平面図、図３は該板金パッチアンテナの断面図である。

これらの図に示す板金パッチアンテナ１０は、金属板からなる接地導体１１と、接地導体１１上に載置固定された誘電体基板１２と、誘電体基板１２上に所定の間隔を存して配置された金属板からなる放射導体板１３と、放射導体板１３の外周部寄りの４箇所を誘電体基板１２側へ切り起こして折曲形成された脚片１４と、放射導体板１３の中央部寄りの１箇所を誘電体基板１２側へ切り起こして形成された給電用金属片１５とを備えており、この給電用金属片１５の上端（基端）が放射導体板１３の給電点となっている。また、誘電体基板１２の上面の四隅に半田ランド１６が配設されており、各半田ランド１６にそれぞれ脚片１４の下端部が半田付けされているため、これらの脚片１４によって放射導体板１３は所定の高さ位置に保持されている。

本実施形態例において、接地導体１１と放射導体板１３はいずれも板厚０．４ｍｍの略正方形なブリキ板（錫をメッキした鉄板）からなるが、放射導体板１３の一辺が３６ｍｍに設定されているのに対し、接地導体１１の一辺は４０ｍｍと若干大きく設定されている。この接地導体１１には、誘電体基板１２を位置決め固定するための４片の切り起こし片１１ａと、接地導体１１自体を取り付けるための取付孔１１ｂとが設けられている。また、放射導体板１３を支えている各脚片１４は、高さ寸法が５ｍｍの略Ｌ字形に折曲加工されている。つまり、放射導体板１３と誘電体基板１２との間隔は５ｍｍに設定されている。

誘電体基板１２は、誘電体ＦＲ−４からなる板厚１．０ｍｍの略正方形な基板であるが、その大きさは放射導体板１３に比べてかなり小さく、一辺２０ｍｍに設定されている。誘電体基板１２の上面の中央部にはバンドパスフィルタ１７が実装されており、このバンドパスフィルタ１７に給電用金属片１５が接続されている。また、図３に示すように、同軸ケーブル２０の内導体２１が、接地導体１１および誘電体基板１２を貫通する透孔１８に挿通されてバンドパスフィルタ１７に接続されており、図示はしていないが同軸ケーブル２０の外導体は接地導体１１に接続されている。

このように構成された板金パッチアンテナ１０は、放射導体板１３から誘電体基板１２側へ延びる各脚片１４がそれぞれ半田ランド１６上に搭載されて半田付けされているが、これらの半田ランド１６は誘電体基板１２を介して接地導体１１と対向しているので、各半田ランド１６と接地導体１１との間には付加容量が形成される。したがって、放射導体板１３の共振周波数は、該付加容量が存しないと仮定した場合に比べて低くなり、それゆえ特定の周波数で共振させるために必要な放射導体板１３の大きさが縮小できて小型化に有利となる。しかも、この板金パッチアンテナ１０は、誘電体基板１３の上面をパターン形成面や部品実装面として有効利用しているため、アンテナ装置全体の小型化という点でも有利である。

また、この板金パッチアンテナ１０は、放射導体板１３と接地導体１１との間に５〜６ｍｍ厚の空気層を介在させており、誘電体基板１２は付加容量を形成するための薄い板厚（１ｍｍ厚）のものでよいため、ＦＲ−４等の比較的安価な誘電体を使用できて製造コストの低減が図れると共に、誘電体損失の影響が少なくなってアンテナ効率の向上が図れる。しかも、誘電体基板１２は切り起こし片１１ａの弾性を利用して接地導体１１上に簡単に位置決め固定でき、かつ放射導体板１３は半田付け前でも誘電体基板１２上に安定した姿勢で搭載することができるので、組立性も良好である。

さらにまた、この板金パッチアンテナ１０は、各半田ランド１６の大きさや配置に応じて変化する付加容量を適宜調整することによって、共振周波数を変化させることができるため、共振周波数の微調整や広帯域化が比較的容易に行えるという利点もある。

なお、上述した第１実施形態例では、略正方形の放射導体板１３の４箇所から脚片１４を突設し、かつ誘電体基板１２上の四隅に半田ランド１６を配設した場合について説明しているが、放射導体板１３や誘電体基板１２は円形等の他の形状であってもよく、脚片１４や半田ランド１６の数も適宜選択可能である。ただし、本実施形態例のように放射導体板１３の外周部近傍の略等間隔な４箇所に脚片１４を突設しておけば、これら４本の脚片１４によって放射導体板１３が極めて安定した姿勢に保持されるため好ましい。また、誘電体基板１２の外周部に半田ランド１６を配設しておけば、誘電体基板１２の大きさが放射導体板１３に比べてかなり小さくできるため、材料費が節約できる。

図４は本発明の第２実施形態例に係る板金パッチアンテナの平面図、図５は該板金パッチアンテナの断面図であって、図１〜図３に対応する部分には同一符号が付してあるため重複する説明は省略する。

図４および図５に示す板金パッチアンテナ３０は、放射導体板１３の中央部寄りの２箇所を誘電体基板１２側へ切り起こして形成した給電用金属片３１，３２を、図示せぬアンテナ回路に接続して２点給電を行うというものである。すなわち、これらの給電用金属片３１，３２はバンドパスフィルタ１７に接続されており、このバンドパスフィルタ１７に同軸ケーブル２０の内導体が接続されている。また、この板金パッチアンテナ３０では、放射導体板１３の形状が前記実施形態例と若干異なっており、放射導体板１３の四隅が除去されて該四隅の切り起こし部が脚部１４となっている。

本発明の第１実施形態例に係る板金パッチアンテナの分解斜視図である。該板金パッチアンテナの一部を図示省略した平面図である。該板金パッチアンテナの断面図である。本発明の第２実施形態例に係る板金パッチアンテナの平面図である。該板金パッチアンテナの断面図である。従来例に係る板金パッチアンテナの断面図である。

符号の説明

１０，３０板金パッチアンテナ
１１接地導体
１２誘電体基板
１３放射導体板
１４脚片
１５，３１，３２給電用金属片
１６半田ランド
１７バンドパスフィルタ
２０同軸ケ−ブル

Claims

接地導体上に設けられた誘電体基板と、該誘電体基板上に配設された複数の半田ランドと、前記誘電体基板上に所定の間隔を存して配置された金属板からなる放射導体板と、該放射導体板の中央部を除く複数箇所を前記誘電体基板側へ折り返して形成された複数の脚片とを備え、これら複数の脚片を前記半田ランドに半田付けして前記放射導体板を支える構成としたことを特徴とするアンテナ装置。
請求項１の記載において、前記接地導体を前記放射導体板よりも大きい金属板とし、該接地導体上に前記放射導体板よりも小さい前記誘電体基板を載置したことを特徴とするアンテナ装置。