JP2005348345A

JP2005348345A - パッチアンテナ

Info

Publication number: JP2005348345A
Application number: JP2004168790A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Konno; 靖弘昆野
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-06-07
Filing date: 2004-06-07
Publication date: 2005-12-15

Abstract

【課題】インピーダンスや共振周波数の調整が容易に行えて外観も損なわれないパッチアンテナを提供すること。
【解決手段】本発明によるパッチアンテナは、誘電体基板１と、中心から偏心した位置を給電点Ｆとなして誘電体基板１の天面に設けられた放射導体２と、誘電体基板１を貫通して放射導体２の給電点Ｆに接続された給電用導体３と、誘電体基板１の底面に設けられて給電用導体３とは非接触な接地導体４とを備え、この接地導体４にインピーダンス等を調整するためのスリット４ａを設ける。そして、スリット４ａの延伸方向を予め規定しておくことにより、調整作業の効率化が図れる。例えば、放射導体２の中心と給電点Ｆとを結ぶ直線に対して略直交する向きにスリット４ａを形成することにより、該スリット４ａの切削量に応じてインピーダンスを変化させつつ共振周波数をほとんど一定に保つことができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、給電点がオフセットされているパッチアンテナに係り、特に、インピーダンスや共振周波数の調整に配慮したパッチアンテナに関する。

インピーダンスを整合させるために放射導体の給電点がオフセットされているパッチアンテナは、直線偏波アンテナとして利用できるだけでなく、１点給電方式の円偏波アンテナとして好適なため、近時、通信用や放送用の小型アンテナとして多方面で利用されるようになっている。この種のパッチアンテナは、誘電体基板の片面にパターニングされた放射導体の中心から偏心した位置に給電点が設定されて、誘電体基板を貫通する給電用導体（給電ピン等）の一端が該給電点に接続されており、誘電体基板の他面には接地導体が設けられている。給電用導体の他端は接地導体とは非接触で外部の給電回路に接続されており、この給電用導体を介して放射導体の給電点に所定の高周波電力を供給することにより、インピーダンスを整合させた状態で放射導体が励振されるようになっている。なお、円偏波パッチアンテナにおいては、放射導体の外縁部の２箇所に切欠きや突出片等からなる縮退分離素子が装荷されている。

ところで、かかるパッチアンテナを製造する際には、最終段階でインピーダンスや共振周波数が適正であるか否かが確認され、インピーダンスの整合が不十分な場合や共振周波数が所望の周波数からずれている場合には、その調整が行われる。こうしたインピーダンスや共振周波数の調整を行うにあたって、従来は、ルータやレーザ加工機等によって放射導体の外縁部を切削（切除）するという手法が採用されている。すなわち、パッチアンテナに通電した状態でＶＳＷＲ（電圧定在波比）や周波数を測定しながら、所望のインピーダンスや共振周波数に近付くように放射導体の外縁部の適宜箇所を少しずつ切削していくことにより、製品化されるパッチアンテナの信頼性を確保していた（例えば、特許文献１参照）。
特開平５−３７２２７号公報（第２頁、図７）

上述したように、従来のパッチアンテナを製造する際には放射導体を切削することによってインピーダンスや共振周波数の調整が行われるが、この調整工程でＶＳＷＲ等を測定するために給電される放射導体の近傍にはルータの回転刃物やレーザ加工機の保持部等の調整用ツールが配置されており、こうした調整用ツールの影響でアンテナ特性が若干変化してしまうため、ＶＳＷＲ等の測定精度が高めにくかった。それゆえ、かかる従来のパッチアンテナは、製造時におけるインピーダンスや共振周波数の調整が容易に行えず、低コスト化や信頼性向上を図るうえで障害となっていた。また、放射導体がインピーダンス等の調整時に一部切削されていると、完成品としてのパッチアンテナの見栄えが悪くなる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、インピーダンスや共振周波数の調整が容易に行えて外観も損なわれない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、本発明のパッチアンテナでは、誘電体基板と、中心から偏心した位置を給電点となして前記誘電体基板の片面に設けられた放射導体と、前記誘電体基板を貫通して前記放射導体の前記給電点に接続された給電用導体と、前記誘電体基板の他面に設けられて前記給電用導体とは非接触な接地導体とを備え、前記接地導体に、インピーダンスと共振周波数の少なくともいずれか一方を調整するために形成されたスリットが設けられている構成とした。

このように接地導体にスリットを設けると、通電時に放射導体と接地導体との間に発生する電界の分布がそれまでとは異なったものになるため、インピーダンスや共振周波数を変化させることができる。そして、ルータやレーザ加工機等の調整用ツールで接地導体を切削してスリットを形成する場合には、こうした調整用ツールが接地導体の近傍に配置された状態で放射導体に給電してもアンテナ特性はその影響を受けないので、ＶＳＷＲ等の測定精度が高まって、インピーダンスや共振周波数の調整作業を容易に行うことができる。また、パッチアンテナの底面側に設けられている接地導体を切削しても、該接地導体はパッチアンテナの実装後は外部に露出しないので、完成品としてのパッチアンテナの外観を損なうこともない。

上記の構成において、前記接地導体のうち前記給電用導体の近傍に存する領域に前記スリットを形成すれば、該スリットの切削量に応じたインピーダンスや共振周波数の変化量が比較的大きくなるため、調整幅が大きい場合に作業効率が高まって好ましい。

また、上記の構成において、前記放射導体に一対の縮退分離素子が装荷され、これら一対の縮退分離素子を結ぶ第１の直線が該放射導体の中心と前記給電点とを結ぶ第２の直線に対して約４５度傾いている円偏波パッチアンテナの場合、前記スリットの延伸方向を予め規定しておくことにより調整作業の効率化が図れる。例えば、前記第２の直線に対して略直交する向きにスリットを形成すれば、該スリットの長さや本数に応じてインピーダンスを変化させつつ共振周波数はほとんど一定に保つことが可能となるため、共振周波数の調整が不要でインピーダンスの調整のみが必要な場合に好適である。しかるに、前記第２の直線に対して略平行な向きにスリットを形成すれば、該スリットの長さや本数に応じてインピーダンスを変化させつつ共振周波数を次第に下げていくことが可能となるため、インピーダンスと共振周波数の調整が共に必要な場合に好適である。

本発明のパッチアンテナは、放射導体ではなく接地導体にインピーダンスや共振周波数を調整するためのスリットを設けるというものであり、ルータ等の調整用ツールが接地導体の近傍に配置された状態で放射導体に給電してもアンテナ特性はその影響を受けないので、調整時にＶＳＷＲ等を高精度に測定することができる。また、該接地導体はパッチアンテナの実装後は外部に露出しないので、完成品としてのパッチアンテナの見栄えが悪くなることもない。それゆえ、インピーダンスや共振周波数の調整が容易に行えて外観も損なわれないパッチアンテナを提供することができる。

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実施形態例に係るパッチアンテナの平面図、図２は該パッチアンテナの底面図、図３は該パッチアンテナのインピーダンスおよび共振周波数とスリットとの相関関係を示す特性図である。

図１および図２に示すパッチアンテナは、誘電体基板１と、中心から偏心した位置を給電点Ｆとなして誘電体基板１の天面に設けられた略正方形状の放射導体２と、誘電体基板１を貫通して放射導体２の給電点Ｆに接続された給電ピン等の給電用導体３と、誘電体基板１の底面のほぼ全面に設けられて給電用導体３とは非接触な接地導体４とによって主に構成されており、接地導体４の複数箇所にインピーダンス調整用のスリット４ａが形成されている。なお、給電点Ｆは、インピーダンスを整合させるために放射導体２の中心からオフセットされている。また、放射導体２には、一方の対角線の両端部分にそれぞれ切欠き状の縮退分離素子２ａが設けられており、これら一対の縮退分離素子２ａを結ぶ直線は、放射導体２の中心と給電点Ｆとを結ぶ直線に対して約４５度傾いている。こうして放射導体２に縮退分離素子２ａを装荷することにより、電気的に直交している２種類のモードに９０度の位相差を生じさせることができるため、このパッチアンテナは給電用導体３に所定の高周波電力を供給して放射導体２を励振させることにより円偏波アンテナとして動作させることができる。

図２に示すスリット４ａは、このパッチアンテナを製造する最終段階のインピーダンス調整時に、ルータやレーザ加工機等の調整用ツールで接地導体４を切削することにより形成されたものである。具体的には、パッチアンテナに通電した状態でＶＳＷＲ（電圧定在波比）や周波数を測定しながら、所望のインピーダンスに近付くように接地導体４の適宜箇所を少しずつ切削していき、その結果として接地導体４にスリット４ａが存することとなる。このように接地導体４にスリット４ａを設けると、通電時に放射導体２と接地導体４との間に発生する電界の分布がそれまでとは異なったものになるため、インピーダンスを変化させることができる。そして、本実施形態例において、各スリット４ａは、調整作業の効率化を図るために予め延伸方向が規定されている。すなわち、放射導体２の中心と給電点Ｆとを結ぶ直線に対して略直交する向き（図２の左右方向）に、すべてのスリット４ａが形成されている。こうすることによって、図３（ａ），（ｂ）に示すように、スリット４ａの長さや本数に応じてインピーダンスを変化させつつ共振周波数はほとんど一定に保つことができるため、インピーダンスの調整のみが行える。なお、こうして接地導体４にスリット４ａを形成する場合、特に給電用導体３の近傍に形成すると、切削量に応じたインピーダンスの変化量が比較的大きくなるため、調整幅が大きい場合に作業効率が向上する

このように本実施形態例に係るパッチアンテナでは、インピーダンス調整用のスリット４ａが放射導体２ではなく接地導体４に設けられており、ルータ等の調整用ツールが接地導体４の近傍に配置された状態で放射導体２に給電しても、該調整用ツールがアンテナ特性に悪影響を及ぼすことはない。したがって、インピーダンスの調整時に行われるＶＳＷＲ等の測定精度が高まって、インピーダンスの調整作業を容易に行うことができる。また、パッチアンテナの底面側に設けられている接地導体４を切削しても、この接地導体４はパッチアンテナの実装後は外部に露出しないので、スリット４ａによって完成品としてのパッチアンテナの外観が損なわれることもない。

図４は本発明の第２実施形態例に係るパッチアンテナの底面図、図５は該パッチアンテナのインピーダンスおよび共振周波数とスリットとの相関関係を示す特性図である。ただし、図４において、図２と対応する部分には同一符号が付してあるため、重複する説明は適宜省略する。

図４に示すパッチアンテナは、接地導体４に形成されているスリット４ａの延伸方向が前述した第１実施形態例と大きく異なっており、給電用導体３の位置や図示せぬ放射導体の形状等は第１実施形態例と同等である。すなわち、本実施形態例に係るパッチアンテナでは、放射導体の中心と給電点とを結ぶ直線に対して略平行な向き（図４の上下方向）に、すべてのスリット４ａが形成されている。こうすることによって、図５（ａ），（ｂ）に示すように、スリット４ａの長さや本数に応じてインピーダンスを変化させつつ共振周波数を次第に下げていくことができるため、インピーダンスと共振周波数の調整が共に行える。なお、本実施形態例でも給電用導体３の近傍にスリット４ａを形成すると、切削量に応じたインピーダンスや共振周波数の変化量が比較的大きくなるため、調整幅が大きい場合に作業効率が向上する。

なお、上述した各実施形態例では、円偏波のパッチアンテナについて説明しているが、本発明は直線偏波のパッチアンテナにも適用することができる。

本発明の第１実施形態例に係るパッチアンテナの平面図である。該パッチアンテナの底面図である。該パッチアンテナのインピーダンスおよび共振周波数とスリットとの相関関係を示す特性図である。本発明の第２実施形態例に係るパッチアンテナの底面図である。該パッチアンテナのインピーダンスおよび共振周波数とスリットとの相関関係を示す特性図である。

符号の説明

１誘電体基板
２放射導体
２ａ縮退分離素子
３給電用導体
４接地導体
４ａスリット
Ｆ給電点

Claims

誘電体基板と、中心から偏心した位置を給電点となして前記誘電体基板の片面に設けられた放射導体と、前記誘電体基板を貫通して前記放射導体の前記給電点に接続された給電用導体と、前記誘電体基板の他面に設けられて前記給電用導体とは非接触な接地導体とを備え、前記接地導体に、インピーダンスと共振周波数の少なくともいずれか一方を調整するために形成されたスリットが設けられていることを特徴とするパッチアンテナ。
請求項１の記載において、前記接地導体のうち前記給電用導体の近傍に存する領域に前記スリットが形成されていることを特徴とするパッチアンテナ。
請求項１または２の記載において、前記放射導体に一対の縮退分離素子が装荷されており、これら一対の縮退分離素子を結ぶ第１の直線が該放射導体の中心と前記給電点とを結ぶ第２の直線に対して約４５度傾いていると共に、該第２の直線に対して略直交する向きに前記スリットを形成したことを特徴とするパッチアンテナ。
請求項１または２の記載において、前記放射導体に一対の縮退分離素子が装荷されており、これら一対の縮退分離素子を結ぶ第１の直線が該放射導体の中心と前記給電点とを結ぶ第２の直線に対して約４５度傾いていると共に、該第２の直線に対して略平行な向きに前記スリットを形成したことを特徴とするパッチアンテナ。