JP2005160050A - Patch antenna - Google Patents
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Description
本発明は、パッチアンテナに関し、特に、人工衛星からの電波(以下「衛星波」とも呼ぶ。)または地上での電波(以下「地上波」とも呼ぶ。)を受信してデジタルラジオ放送を聴取することが可能なデジタルラジオ受信機用のアンテナとして使用されるパッチアンテナに関する。 The present invention relates to a patch antenna, and in particular, receives digital radio broadcasts by receiving radio waves from artificial satellites (hereinafter also referred to as “satellite waves”) or radio waves on the ground (hereinafter also referred to as “terrestrial waves”). It relates to a patch antenna that can be used as an antenna for a digital radio receiver.
近時、衛星波または地上波を受信して、デジタルラジオ放送を聴取可能にしたデジタルラジオ受信機が開発され、米国において実用化されている。このデジタルラジオ受信機は、自動車等の移動局に搭載され、周波数が約2.3GHz帯の電波を受信してラジオ放送を聴取することが可能である。すなわち、デジタルラジオ受信機は、モバイル放送を聴取することが可能なラジオ受信機である。受信電波の周波数が約2.3GHzなので、そのときの受信波長(共振波長)λは約128.3mmである。尚、地上波は、衛星波を一旦、地球局で受信した後、周波数を若干シフトし、直線偏波で再送信したものである。 Recently, a digital radio receiver that can receive a digital radio broadcast by receiving a satellite wave or a ground wave has been developed and put into practical use in the United States. This digital radio receiver is mounted on a mobile station such as an automobile, and can receive radio waves by receiving radio waves having a frequency of about 2.3 GHz. That is, the digital radio receiver is a radio receiver capable of listening to mobile broadcasts. Since the frequency of the received radio wave is about 2.3 GHz, the reception wavelength (resonance wavelength) λ at that time is about 128.3 mm. The terrestrial wave is a satellite wave that is once received by the earth station, then slightly shifted in frequency, and retransmitted with linearly polarized waves.
このようにデジタルラジオ放送では、約2.3GHz帯の周波数の電波が使用されるので、それを受信するアンテナは室外に設置しなければならない。したがって、デジタルラジオ受信機を自動車に搭載する場合には、そのアンテナを自動車の屋根に取り付けなければならない。 As described above, since radio waves having a frequency of about 2.3 GHz band are used in digital radio broadcasting, an antenna for receiving the radio waves must be installed outdoors. Therefore, when a digital radio receiver is mounted on a vehicle, the antenna must be attached to the roof of the vehicle.
この種のアンテナは、広い指向性を持つことが必要である。何故なら、デジタル受信機では、仰角が20°〜60°の範囲にある比較的低仰角の人工衛星から到来する衛星波を受信する必要があるからである。また、地上波はその仰角が実質的に0°であるからである。 This type of antenna needs to have a wide directivity. This is because the digital receiver needs to receive a satellite wave coming from a relatively low elevation satellite having an elevation angle in the range of 20 ° to 60 °. This is also because the elevation angle of the ground wave is substantially 0 °.
一般に、パッチアンテナなような平面型(平板型)アンテナはその指向性が狭いので、この種のアンテナとしては不向きであると考えられていた。しかしながら、たとえパッチアンテナであっても、面積の広いグランド板(アース板)を使用することにより、アンテナ指向性が広がることが知られている(例えば、特許文献1参照)。 In general, a planar (planar) antenna such as a patch antenna has a narrow directivity, and thus has been considered unsuitable for this type of antenna. However, even if it is a patch antenna, it is known that antenna directivity spreads by using a ground board (earth board) with a large area (for example, refer patent document 1).
特に、デジタルラジオ受信機を自動車に搭載する場合、上述したように、そのアンテナを自動車の屋根に取り付ける。この場合、自動車の屋根自体がグランド板として働くので、パッチアンテナでも十分にデジタルラジオ受信機用のアンテナとして使用することが可能であることが確認されている。 In particular, when a digital radio receiver is mounted on an automobile, the antenna is attached to the roof of the automobile as described above. In this case, since the roof of the automobile itself works as a ground plate, it has been confirmed that even a patch antenna can be sufficiently used as an antenna for a digital radio receiver.
一方、デジタルラジオ放送を自動車の車内だけでなく、例えば、CDラジカセなどのような可搬型音響電子機器からも聴取したいという要求もある。この要求に答えるために、可搬型音響電子機器の筐体の天面に設けられた、光ディスクを着脱するための開閉可能な扉式の蓋内に、パッチアンテナを搭載することが提案されている。この場合、パッチアンテナの下にグランド板(アース板)を設ける必要がある。 On the other hand, there is a demand for listening to digital radio broadcasts not only from the inside of a car but also from a portable acoustic electronic device such as a CD radio cassette player. In order to respond to this requirement, it has been proposed to install a patch antenna in a door-type lid that is provided on the top surface of the case of a portable acoustoelectronic device and that can be opened and closed for attaching and detaching an optical disk. . In this case, it is necessary to provide a ground plate (ground plate) under the patch antenna.
また、平面アンテナの一種にマイクロストリップアンテナがある。このマイクロストリップアンテナとして、地板の天面の辺縁部に無給電素子を設けたものが知られている(例えば、特許文献2参照)。 One type of planar antenna is a microstrip antenna. As this microstrip antenna, one in which a parasitic element is provided on the edge of the top surface of the ground plane is known (for example, see Patent Document 2).
尚、グローバル・ポジショニング・システム(GPS)等に用いられる小型平面パッチアンテナも知られている(例えば、特許文献3参照)。 A small planar patch antenna used for a global positioning system (GPS) is also known (see, for example, Patent Document 3).
上述したように、パッチアンテナにおいて、低仰角におけるアンテナ指向性を稼ぐためには面積の大きなグランド板を使用する必要がある。しかしながら、グランド板を設けるのみでは、その大きさによってパッチアンテナのアンテナ指向性が一意に決定されてしまい、それ以上に低仰角におけるアンテナ指向性を稼ぐことは困難である。 As described above, in the patch antenna, it is necessary to use a ground plate having a large area in order to obtain antenna directivity at a low elevation angle. However, if only the ground plate is provided, the antenna directivity of the patch antenna is uniquely determined depending on the size thereof, and it is difficult to obtain the antenna directivity at a low elevation angle beyond that.
一方、特許文献2は、地板の天面に無給電素子を設けているが、それは地導体の端部からの回折波を阻止するためのものである。この特許文献2に記載のものでも、アンテナ特性を改善することは可能である。しかしながら、天面に無給電素子を設ける構造では、放射素子への干渉が大きくなってしまう。また、高さ方向への調整が不可能であるため、所望のアンテナ特性を満足できない場合が発生する。 On the other hand, in Patent Document 2, a parasitic element is provided on the top surface of the ground plane, which is intended to prevent diffracted waves from the end of the ground conductor. Even the device described in Patent Document 2 can improve the antenna characteristics. However, in a structure in which a parasitic element is provided on the top surface, interference with the radiating element is increased. Further, since adjustment in the height direction is impossible, there may be a case where desired antenna characteristics cannot be satisfied.
したがって、本発明の課題は、低仰角におけるアンテナ指向性を確保することができるパッチアンテナを提供することにある。 Therefore, the subject of this invention is providing the patch antenna which can ensure the antenna directivity in a low elevation angle.
本発明の他の課題は、放射素子への干渉を小さくできるパッチアンテナを提供することにある。 Another object of the present invention is to provide a patch antenna that can reduce interference with a radiating element.
本発明のさらに他の課題は、高さ方向への調整が容易に行えるパッチアンテナを提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a patch antenna that can be easily adjusted in the height direction.
本発明のもっと他の課題は、アンテナ自体の寸法を大きくすることなく、天面での誘電体の面積を確保することが可能なパッチアンテナを提供することにある。 Still another object of the present invention is to provide a patch antenna that can secure the area of the dielectric on the top surface without increasing the size of the antenna itself.
本発明によれば、天面(12u)と底面(12d)と側面(12s)とを持つ誘電体(12)と、この誘電体の天面に形成された放射素子(14)と、誘電体の底面に形成された接地導体(16)と、を備えたパッチアンテナ(10)であって、誘電体の側面に形成されたリング状の無給電素子(18)を有することを特徴とするパッチアンテナが得られる。 According to the present invention, the dielectric (12) having the top surface (12u), the bottom surface (12d), and the side surface (12s), the radiating element (14) formed on the top surface of the dielectric, the dielectric A patch antenna (10) having a grounding conductor (16) formed on the bottom surface of the antenna, and having a ring-shaped parasitic element (18) formed on a side surface of the dielectric An antenna is obtained.
上記本発明によるパッチアンテナにおいて、無給電素子は、誘電体の側面の最上段に形成されていることが好ましい。また、無給電素子は、銅テープの貼り付けにより形成されても良いし、厚膜印刷により形成されても良い。 In the patch antenna according to the present invention, the parasitic element is preferably formed at the uppermost stage on the side surface of the dielectric. Further, the parasitic element may be formed by attaching a copper tape, or may be formed by thick film printing.
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。 In addition, the code | symbol in the said parenthesis is attached | subjected in order to make an understanding of this invention easy, and it is only an example, and of course is not limited to these.
本発明では、誘電体の側面にリング状の無給電素子を設けたので、低仰角におけるアンテナ指向性を確保することができるという効果を奏する。 In the present invention, since the ring-shaped parasitic element is provided on the side surface of the dielectric, the antenna directivity at a low elevation angle can be ensured.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1を参照して、本発明の一実施の形態に係るパッチアンテナ10について説明する。図1において、(a)はパッチアンテナ10の斜視図、(b)はパッチアンテナ10の平面図、(c)はパッチアンテナ10の正面図、(d)はパッチアンテナ10の左側面図、(e)はパッチアンテナ10の右側面図、(f)はパッチアンテナ10の背面図、(g)はパッチアンテナ10の底面図である。
A
パッチアンテナ10は、略直方体形状の誘電体12を有する。図示の例では、誘電体12は、長さ(縦)×幅(横)×高さが20mm×20mm×4mmである。誘電体12はセラミック材料や樹脂から成る。誘電体12は、天面12uと底面12dと側面12sとを持つ。実際には、図1に示されるように、誘電体12の側面12sの角が面取りされている。
The
誘電体12の天面12uには放射素子14が形成されている。誘電体12の底面12dには接地導体16が形成されている。尚、15は給電点である。
A
誘電体12の側面12sにはリング状の無給電素子18が形成されている。図示の例では、無給電素子18は、誘電体12の側面12sの最上段に形成されている。また、図示の例では、無給電素子18は、銅テープの貼り付けにより形成されている。銅テープの幅は1mmである。尚、この代わりに、無給電素子18は、厚膜印刷により形成されても良い。
A ring-shaped
図2に図1に示したリング状の無給電素子18を有するパッチアンテナ10のアンテナ放射特性を示し、図3にリング状の無給電素子が無い従来のパッチアンテナのアンテナ放射特性を示す。図2および図3は、パッチアンテナを4フィート(約120cm)四方のグランド板の中央に置いた場合のアンテナ放射特性を示している。図2および図3の各々は、仰角が20°、30°、40°、50°、および60°の場合の、周方向の利得特性を示している。
FIG. 2 shows the antenna radiation characteristic of the
図2および図3から、本発明のパッチアンテナ10の方が従来のパッチアンテナに比較して、利得が大きいことが分かる。具体的に述べると、仰角が30°において、本発明のパッチアンテナ10の平均利得は、従来のパッチアンテナよりも2.10[dB]だけ大きい。
2 and 3 that the
このように、本発明では、無給電素子18を天面12uではなく、側面12sに設けているので、放射素子14への干渉を小さくすることができる。また、無給電素子18の幅や位置を高さ方向に調整することによって、容易に低仰角におけるアンテナ特性を調整することができる。さらに、天面12uにおける誘電体12の面積が変化しないので、アンテナの寸法を大きくする必要はない。
Thus, in the present invention, since the
以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。 Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments.
10 パッチアンテナ
12 誘電体
12u 天面
12d 底面
12s 側面
14 放射素子
16 接地導体
18 無給電素子
DESCRIPTION OF
Claims (4)
The patch antenna according to claim 1 or 2, wherein the parasitic element is formed by thick film printing.
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