JP2006217477A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 全体のサイズを大きくすることなく、マッチング周波数をより低い方にシフトさせることのできるアンテナ装置を提供する。
【解決手段】 誘電体（１１）の底面に接地導体（１２）を形成し、天面全域と側面のほぼ全域に放射素子（１３）を連続的に形成したアンテナ装置（１０）において、側面に形成された放射素子には、少なくとも１つの側面に放射素子の下端縁から上方に向けて少なくとも１つのスリット（１３ａ）が斜めに形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明はアンテナ装置に関し、特に、地上波のみならず人工衛星からの電波の受信にも適した小型アンテナ装置に関する。

人工衛星からの電波（以下、衛星波と呼ぶ）を受信するアンテナ装置としては、例えばＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）アンテナ装置が良く知られている。車載用通信端末あるいは携帯用通信端末のためのＧＰＳアンテナ装置には小型化が要求されている。

この種のＧＰＳアンテナ装置の一例を図１を参照して説明する。図１は小型平面パッチアンテナ装置の一例を示す。このアンテナ装置３０は、樹脂やセラミック材料で形成された誘電体３１と、誘電体３１の天面に形成された放射素子３２とを含む。誘電体３１の底面には接地導体３３が形成されている。誘電体３１の底面には更に接地導体３３と電気的に接続した接地用基板３４が設けられている（例えば、特許文献１参照）。

図示は省略しているが、この種のアンテナ装置においては、通常、放射素子３２に給電点が設定される。この給電点には誘電体３１、接地導体３３、接地用基板３４に設けられた貫通孔（図示せず）を通して給電用導体（図示せず）が接続される。給電用導体は接地用基板３４の底面側から導出される。尚、図示のアンテナ装置では、誘電体３１は１５ｍｍ×１５ｍｍ×６ｍｍのサイズを持つ。

図１に示されたアンテナ装置では、マッチング周波数が１．９２７［ＧＨｚ］で、利得が２．３７２［ｄＢｉ］であった。

ここで、ＧＰＳ衛星からの衛星波の周波数は約１．５７５［ＧＨｚ］である。それ故、図１に図示されたアンテナ装置のマッチング周波数を約１．５７［ＧＨｚ］の近傍に調整することにより、衛星波に対して高い受信特性を得ることができる。これまでのアンテナ装置では、マッチング周波数を低くする方にシフトさせるために、例えば誘電体として高誘電率の材料を用いたり、誘電体のサイズを大きくする等の方法が採用されている。

しかしながら、高誘電率の材料を用いることはコストアップにつながる。一方、誘電体のサイズを大きくするとアンテナ装置全体のサイズが大きくなるので小型化の要求に反することになる。

また、誘電体基板の表面に角形の放射素子を設け、裏面にグランドパターンを設けた平面形の円偏波パッチアンテナに対して、放射素子の横辺の中間部、または縦辺の中間部、または角部、または斜辺部を部分的にトリミングして、特性のバラツキを抑制できるようにした、円偏波アンテナの特性調整方法が知られている。（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１９８７２５号公報 特開２００１−３３９２３４号公報

本発明の課題は、アンテナ装置全体のサイズを大きくすることなく、マッチング周波数を低い方にシフトさせることができるアンテナ装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、アンテナ装置の構成要素の材料を変えることなく、マッチング周波数を低い方にシフトさせることができるアンテナ装置を提供することにある。

本発明によれば、天面と底面と側面とを持つ誘電体（１１）と、この誘電体の底面に形成された接地導体（１２）と、誘電体の天面と側面とに連続的に形成された放射素子（１３）とを含み、側面に形成された放射素子には、少なくとも１つの側面に放射素子の下端縁から上方に向けて少なくとも１本のスリット（１３ａ；１３ｂ）が斜めに形成されていることを特徴とするアンテナ装置（１０；１０Ａ）が得られる。

上記本発明によるアンテナ装置において、スリット（１３ａ；１３ｂ）は放射素子（１３）の下端縁に対して６０°以上９０°未満の範囲の角度（θ_１；θ_２）で延在していることが好ましい。

上記本発明によるアンテナ装置においてはまた、天面に形成された放射素子は天面全域にあり、側面に形成された放射素子は天面から下方に向けて底面の直前まで延びて接地導体とは電気的に導通しないようにされている。

上記本発明によるアンテナ装置においてはまた、底面に形成された接地導体側に導電性材料による接地用基板（１４）が設けられている。

上記本発明によるアンテナ装置においては更に、接地用基板の上面側には接地導体に対応する領域以外の領域に絶縁層（１５）が形成され、この絶縁層上及び誘電体の側面には、側面に形成された放射素子の下端縁の近傍まで延びる導体パターン（１６）が形成されて電磁結合による給電が行われるように構成されている。

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。

本発明では、誘電体の側面に形成された放射素子に、少なくとも１つの側面に放射素子の下端縁から上方に向けて少なくとも１つのスリットを斜めに形成したので、アンテナ装置全体のサイズを大きくすることなくマッチング周波数を低い方にシフトさせることができる。また、高誘電率を持つ誘電体を使用することなく、汎用の誘電体材料を使用してマッチング周波数を低い方にシフトさせることができる。つまり、本発明によれば、従来のアンテナ装置よりも低いマッチング周波数を持つアンテナ装置をコストアップ無しでしかも小型化の要求を満足しつつ実現することができる。

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。

図２を参照して、本発明の第１の実施の形態に係るアンテナ装置１０について説明する。図示のアンテナ装置１０は、略直方体形状の誘電体１１を有する。図示の例では、誘電体１１は、長さ（縦）×幅（横）×高さが１５ｍｍ×１５ｍｍ×６ｍｍである。誘電体１１はセラミック材料や樹脂から成る。誘電体１１は、天面と底面と４つの側面とを持つ。実際には、誘電体１１の側面の角が面取りされている。

誘電体１１の底面には接地導体１２が形成されている。誘電体１２の天面と４つの側面には放射素子１３が連続して形成されている。放射素子１３は、誘電体１１の天面においてはその全域に形成され、４つの側面においては天面から下方に向けて底面の直前まで延びて接地導体１２とは電気的に導通しないように形成されている。誘電体１１の底面には更に、接地導体１２を介して導電性材料による接地用基板１４が設けられている。

第１の実施の形態では特に、接地用基板１４の上面に、接地導体１２に対応する領域以外の領域に絶縁層（あるいは絶縁膜）１５が形成されている。そして、絶縁層１５上及び誘電体１１の１つの側面には、接地用基板１４の縁部から、誘電体１１の１つの側面に形成されている放射素子１３の下端縁の近傍まで延びる導体パターン１６が形成されている。導体パターン１６は、放射素子１３に対して電磁結合による給電を行うためのものである。このため、導体パターン１６は、接地導体１２及び接地用基板１４とは電気的に接続しないように絶縁されている。

第１の実施の形態では、誘電体１１の４つの側面のうち、導体パターン１６との電磁結合が行われる側面を除く３つの側面における放射素子にそれぞれ３本のスリット１３ａが間隔をおいて形成されている。但し、図２では、作図上、１つの側面における３本のスリット１３ａのみが示されている。各スリット１３ａは、放射素子１３の下端縁から斜め右側上方に延びている。スリット１３ａは、誘電体１１の１つ以上の側面の放射素子に少なくとも１本形成されれば良い。

尚、第１の実施の形態では、３本のスリット１３ａは、等間隔に直線的に形成されており、幅、高さも実質的に同じである。

尚、スリット１３ａの放射素子１３の下端縁に対する角度θ_１は、６０°以上９０°未満の範囲にあるのが好ましい。その理由は、上記角度θ_１が６０°未満になると、放射素子の下端縁に近接しすぎるため、近似的に側面導体パターンの面積が小さくなった状態になりマッチング周波数が高くなる可能性があるからである。

以上のように、第１の実施の形態によるアンテナ装置１０では誘電体１１の天面全域と側面のほぼ全域に放射素子１３を連続的に形成すると共に、誘電体１１の側面に形成された放射素子１３には１本以上のスリット１３ａを形成するようにしたことにより、アンテナ装置１０のマッチング周波数を低くなる方にシフトさせることができる。特に、スリット１３ａを放射素子１３の下端縁から斜めに形成したので、スリットを放射素子の下端縁から垂直に形成する場合に比較して、スリット１３ａの距離（長さ）を長くすることができるため、アンテナ装置１０のマッチング周波数を低くなる方に更にシフトさせることができる。

図３を参照して、本発明の第２の実施の形態に係るアンテナ装置１０Ａについて説明する。図示のアンテナ装置１０Ａは、第１の実施の形態によるアンテナ装置１０と以下の点において異なる。すなわち、第１の実施の形態によるアンテナ装置１０では、誘電体１１の側面の放射素子１３に形成された各スリット１３ａが放射素子１３の下端縁から斜め右側上方へ延びているが、第２の実施の形態によるアンテナ装置１０Ａでは、誘電体１１の側面の放射素子１３に形成された各スリット１３ｂが放射素子１３の下端縁から斜め左側上方へ延びている。尚、第１の実施の形態によるアンテナ装置１０と同様に、第２の実施の形態によるアンテナ装置１０Ａにおいても、スリット１３ｂの放射素子１３の下端縁に対する角度θ_２は、６０°以上９０°未満の範囲にある。

このような構成を有する第２の実施の形態によるアンテナ装置１０Ａでは、上述した第１の実施の形態によるアンテナ装置１０と同様に、アンテナ装置１０Ａのマッチング周波数を低くなる方にシフトさせることができる。

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言うまでも無い。例えば、上記の第１、第２の実施の形態において説明したアンテナ装置では、側面の放射素子に形成された各スリットが直線的に形成されているが、曲線的に又は屈曲して形成されても良い。また、複数本のスリットは等間隔に形成されていなくとも良く、幅や高さも同じでなくても良い。上記の第１、第２の実施の形態において説明したアンテナ装置は、ＧＰＳアンテナ装置に適しているが、これに限定される訳ではなく、他の衛星波、地上波を受信するための移動体通信用の小型アンテナ装置としても適用可能である。

従来のアンテナ装置の一例を示した斜視図である。 本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図である。 本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図である。

符号の説明

１０、１０Ａ アンテナ装置
１１ 誘電体
１２ 接地導体
１３ 放射素子
１３ａ，１３ｂ スリット
１４ 接地用基板
１５ 絶縁層
１６ 給電用の導体パターン

Claims (5)

1. 天面と底面と側面とを持つ誘電体と、前記誘電体の前記底面に形成された接地導体と、該誘電体の前記天面と前記側面とに連続的に形成された放射素子とを含み、前記側面に形成された放射素子には、少なくとも１つの側面に放射素子の下端縁から上方に向けて少なくとも１本のスリットが斜めに形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記スリットは前記放射素子の下端縁に対して６０°以上９０°未満の範囲の角度で延在している、請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記天面に形成された放射素子は天面全域にあり、前記側面に形成された放射素子は前記天面から下方に向けて前記底面の直前まで延びて前記接地導体とは電気的に導通しないようにされている、請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 前記底面に形成された接地導体側に導電性材料による接地用基板が設けられている、請求項１〜３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記接地用基板の上面側には前記接地導体に対応する領域以外の領域に絶縁層が形成され、該絶縁層上及び前記誘電体の側面には、前記側面に形成された放射素子の下端縁の近傍まで延びる導体パターンが形成されて電磁結合による給電が行われるように構成されている、請求項４に記載のアンテナ装置。
   

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