JP2007096465A

JP2007096465A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2007096465A
Application number: JP2005280086A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Hattori; 康夫服部
Original assignee: Clarion Co Ltd
Current assignee: Faurecia Clarion Electronics Co Ltd
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2007-04-12

Abstract

【課題】放射特性の乱れを低減することができるアンテナ装置を提供する。
【解決手段】誘電体基板１２の一方の面にアンテナ金属パターン１３が形成されると共に、他側の面に接地板１１が設けられ、給電ピン１４を介してアンテナ金属パターン１３に給電するパッチアンテナ１０において、給電ピン１４をアンテナ金属パターン１３と容量結合させた。
【選択図】図２

Description

本発明は、給電部材を介してアンテナパターンに給電するアンテナ装置に関する。

従来より、誘電体基板の一方の面にアンテナ金属パターンが形成されると共に、他側の面に接地パターンが形成され、給電ピンを介してアンテナ金属パターンに給電するマイクロストリップ型のパッチアンテナが知られている。この種のアンテナ装置５０においては、図８及び図９に示すように、接地パターン５１から誘電体基板５２を介してアンテナ金属パターン５３に向かって貫通する貫通孔５４ｘが設けられ、この貫通孔５４ｘに給電ピン５５が挿入され、この給電ピン５５の一端がアンテナ金属パターン５３に半田６０で接合されている（例えば、特許文献１参照）。

また、近年、誘電体基板の比誘電率を変えずにアンテナ金属パターンの４辺をコッホ曲線（Koch Curve）で形成したものがある（例えば特許文献２参照）。
ところで、給電ピンは、アンテナ出力インピーダンスとアンテナ後段に接続される電子回路の入力インピーダンスとが整合する位置でアンテナ金属パターンと接続され、特に、コッホ曲線を用いるアンテナ金属パターンの場合には、所望のアンテナ出力インピーダンスを得られる給電ピン接続箇所（給電点に相当）がアンテナ金属パターンのエッジ部となることが多かった。
特開２００３−２８９２１９号公報特開２００４−３５７１７０号公報

しかし、アンテナ装置は、アンテナ金属パターンと接地パターンとの間の電界によりアンテナ金属パターンの端部に磁流を生じさせ、その磁流を波源として電波を放射するため、給電ピンがアンテナ金属パターンに半田付けされると、半田付けの部分と他の部分との材質の違いにより放射特性に乱れが生じてしまう。
このため、図１０に示すように、水平面でカットした場合の放射パターンが所望の真円とはならず、給電ピンが近傍に位置するエッジ部からの放射特性に乱れが生じてしまう問題があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、放射特性の乱れを低減することができるアンテナ装置を提供することにある。

上述課題を解決するため、本発明は、誘電体基板の一方の面にアンテナパターンが形成されると共に、他側の面に接地パターンが形成され、給電部材を介してアンテナパターンに給電するアンテナ装置において、前記給電部材は、前記アンテナパターンと容量結合されていることを特徴とする。
この発明によれば、給電部材がアンテナパターンに容量結合されるので、給電部材を半田付けでアンテナパターンに接合した場合に比して、アンテナパターン上の材質の違いによる放射特性の乱れを低減することができる。

上記構成において、前記アンテナパターンがコッホ曲線を有するようにしてもよい。この構成によれば、アンテナパターンの電気長を延ばして小型の誘電体基板上に配置可能にし、アンテナ装置の小型化を図ることができる。

本発明は、アンテナパターンに給電するための給電部材を、アンテナパターンに容量結合させたので、給電部材を半田付けでアンテナパターンに接合した場合に比して、アンテナパターン上の材質の違いによる放射特性の乱れを低減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳述する。
図１は、本発明の実施形態に係るパッチアンテナ（アンテナ装置）の平面図であり、図２はその断面図である。
このパッチアンテナ１０は、直線偏波用のパッチアンテナであり、マイクロストリップ構造のグランドとして機能する接地板（接地パターン）１１の上に、所望の比誘電率を有する平面視正方形状の誘電体基板１２が設置され、この誘電体基板１２の上面にアンテナ金属パターン（アンテナパターン）１３が形成されている。
このアンテナ金属パターン１３は、コッホ曲線と称されるフラクタルパターンを用いて作成されており、具体的には、誘電体基板１２の誘電率による波長短縮効果を踏まえた上で、図３に示すように、所望の共振周波数の１／２波長の長さの電気長を有するように設定されたコッホ曲線で形成している。

コッホ曲線は、自己相似という特徴を持ったフラクタルパターンの一種であり、図４に示すように、所定長さの線分を三等分し（図４（ａ））、三等分された線分のうちの中央に位置する線分を一辺とする三角形を作成する（図４（ｂ））というステップをｎ回（ｎは整数）繰り返すことで作成される曲線であり、２回繰り返すと（ｎ＝２）、図４（ｃ）に示す曲線となり、３回繰り返すと（ｎ＝３）、図４（ｄ）に示す曲線となる。このようにして上記ステップを多数回繰り返すことにより、一定の線分長間隔の中に無限の長さを持つ線分を作り出すことができる。但し、現実には加工上の制約で有限長になることは明らかである。
本実施形態では、図１に示すように、アンテナ金属パターン１３の各４辺をｎ＝３のコッホ曲線を用いて形成することにより、アンテナ金属パターン１３の電気長を延ばして所望共振周波数のパッチアンテナを小型の誘電体基板１２上に構成可能にし、アンテナ全体の小型化を図ることができる。

また、このパッチアンテナ１０は、図２に示すように、アンテナ金属パターン１３に給電を行うための金属製の給電ピン（給電部材）１４を備えており、この給電ピン１４は、接地板１１に形成されたスルーホール１１ａを通って誘電体基板１２に形成されたピン挿通穴１２ａに挿入され、これによって、パッチアンテナ１０の下方（接地板１１側）から誘電体基板１２内に挿入される。
この誘電体基板１２内のピン挿通穴１２ａは、誘電体基板１２を貫通しない非貫通穴（中途孔）に形成され、給電ピン１４の先端１４ａは、このピン挿通穴１２ａの最奧部に当接した状態となる。これにより、給電ピン１４は、その先端１４ａが、アンテナ金属パターンとの間に僅かな厚さｄの誘電体１２ｘを挟んだ位置で固定され、給電ピン１４が、アンテナ金属パターン１３との間に誘電体１２ｘを設置したキャパシタ構造によって容量結合される。
接地板１１の裏面には、給電ピン１４に接続される給電線路が形成されており、この給電線路を介して給電ピン１４が高周波送受信部と接続され、この高周波送受信部は、給電線路を介して給電ピン１４に高周波信号を出力する。

また、上記給電ピン１４の先端１４ａは、アンテナ後段に接続される電子回路（高周波送受信部等）の入力インピーダンスとが整合する位置に配置され、これにより、この給電ピン１４は、アンテナ金属パターン１３における上記位置を給電点にして、高周波送受信部から出力された高周波信号をアンテナ金属パターン１３に給電する。

以上説明したように、本構成では、給電ピン１４をアンテナ金属パターン１３に容量結合したので、給電ピンを半田付けによりアンテナ金属パターンに固定した場合のようにアンテナ金属パターンに半田付けの部分と他の部分とで材質の違いが生じる事態が生じない。このため、アンテナ金属パターン１３上の材質の違いによる放射特性の乱れを低減することができる。
これにより、本構成では、図５に示すように、水平面でカットした場合の照射パターンを所望の真円特性にすることができ、良好な水平面放射特性を有する小型パッチアンテナを提供することが可能となる。

さらに、本構成では、給電ピン１４とアンテナ金属パターン１３との間の間隔（誘電体１２ｘの厚さｄ）を非常に小さくすることにより、所望周波数帯において大きな容量値を得ることができ、容量成分の放射特性への影響をより低減することができる。また、上記間隔（誘電体１２ｘの厚さｄ）を調整することにより、給電ピン１４とアンテナ金属パターン１３との間に生じる容量成分を、後段の電子回路（高周波送受信部等）とのインピーダンス整合に積極的に活用することが可能である。
また、給電ピン１４をアンテナ金属パターン１３に半田付けする必要がないので、給電ピン１４の半田付け箇所を低減することができ、製作容易性が向上する。

上述した実施形態は、あくまで本発明の一態様に過ぎず、本発明の範囲内で任意に変形が可能である。例えば、上述の実施形態では、直線偏波用のアンテナ装置に適用する場合を例示したが、これに限らず、図６及び図７に例示するように、一対の対角（図中、符号Ｅにより示す）を所望サイズに切り欠いたアンテナ金属パターンを有する円偏波用のパッチアンテナ（アンテナ装置）１０Ａにも適用することが可能である。なお、図６及び図７においては、上記実施形態と略同一の構成は同一の符号を付して示している。
また、上述の実施形態では、基本形状が四角形のアンテナ金属パターンを例に挙げたが、これに限らず、三角形のアンテナ金属パターン等の様々な形状のアンテナパターンを広く適用することが可能である。また、コッホ曲線を用いてアンテナ金属パターンを採用するアンテナ装置に限らず、これ以外のアンテナ装置に広く適用することが可能である。

本発明の実施形態に係るアンテナ装置の平面図である。図１のＡ−Ａ’断面図である。アンテナ金属パターンの説明に供する図である。コッホ曲線の説明に供する図である。上記アンテナ装置の低仰角における水平面放射パターンを示す図である。変形例に係るアンテナ装置の平面図である。図６のＢ−Ｂ’断面図である。従来のアンテナ装置の平面図である。図６のＣ−Ｃ’断面図である。従来のアンテナ装置の低仰角における水平面放射パターンを示す図である。

符号の説明

１０、１０Ａ、５０パッチアンテナ（アンテナ装置）
１１接地板（接地パターン）
１１ａスルーホール
１２、５２誘電体基板
１２ａピン挿通穴
１２ｘ誘電体
１３、５３アンテナ金属パターン（アンテナパターン）
１４、５５給電ピン（給電部材）
５４ｘ貫通孔
６０半田

Claims

誘電体基板の一方の面にアンテナパターンが形成されると共に、他側の面に接地パターンが形成され、給電部材を介してアンテナパターンに給電するアンテナ装置において、
前記給電部材は、前記アンテナパターンと容量結合されていることを特徴とするアンテナ装置。
前記アンテナパターンは、コッホ曲線を有していることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。