JP2007096466A - アンテナ装置 - Google Patents

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、給電ピンをアンテナ金属パターン１３の中央の開口部１３ａに位置するランドパターン１５に半田付けし、このランドパターン１５を給電用フィードライン１６を介してアンテナ金属パターン１３の給電点１３ｘのみに電気的に接続するようにした。
【選択図】 図１

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６及び図７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ようにアンテナ金属パターンの適当な位置に接続され、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。
さらに、給電点がアンテナ金属パターンのエッジ部に位置する場合には、アンテナ金属パターンが給電点を基準として非対称となるため、放射特性に乱れが生じ、その傾向はアンテナ金属パターンのエッジ部において顕著に現れる。
このため、図８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の予め定めた設定領域のみに電気的に接続された接続パターンに接続されることを特徴とする。
この発明によれば、給電部材が、アンテナパターンの予め定めた設定領域のみに電気的に接続された接続パターンに接続されるので、アンテナパターン上に半田付けの部分が存在せず、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、前記設定領域を、アンテナ出力インピーダンスが所定値となる領域にしてもよい。この場合、設定領域を、アンテナ出力インピーダンスが、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整合する領域とすることが好ましい。
また、上記構成において、前記給電部材を、前記アンテナパターンの略中央部に配置することが好ましい。この構成によれば、給電ピンを、アンテナパターンの電圧が零となる短絡ポイントに接続することができ、給電ピンによる放射特性の乱れを低減することができる。
また、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、アンテナパターンの予め定めた設定領域のみに電気的に接続される接続パターンに接続したので、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。

本実施形態では、上記アンテナ金属パターン１３が、図１に示すように、その中央にパターンが存在しない開口部１３ａを有するパターン形状に形成され、誘電体基板１２の上記開口部１３ａ内の領域には、上記アンテナ金属パターン１３と間隔を空けて略円形のランドパターン（接続パターン）１５が形成されると共に、このランドパターン１５とアンテナ金属パターン１３の予め設定された設定領域（以下、給電点という）１３ｘとを接続する給電用フィードライン１６が形成されている。すなわち、ランドパターン１５は、給電用フィードライン１６を介してアンテナ金属パターン１３の給電点１３ｘのみに電気的に接続されている。
ここで、給電点１３ｘ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（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相当している。なお、上記ランドパターン１５、給電用フィードライン１６及びアンテナ金属パターン１３は、同一材料で同時にパターン成型されるものであってもよい。

誘電体基板１２には、図２に示すように、誘電体基板１２上のランドパターン１５に連通する貫通孔１２ａが形成されると共に、接地板１１には、この貫通孔と連通する貫通孔１１ａが形成され、これにより、パッチアンテナ１０の下方（接地板１１側）からランドパターン１５につながる貫通孔１１ａ、１２ａが形成される。
この貫通孔１１ａ、１２ａには、パッチアンテナ１０の下方から給電ピン（給電部材）１７が挿入されて、この給電ピン１７の先端部１７ａが上記ランドパターン１５の中央孔１５ａから外部に露出し、この露出する先端部１５ａが半田付けによりランドパターン１５に接合される。

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。これにより、高周波送受信部から出力された高周波信号は、給電ピン１７を通ってランドパターン１５に供給され、このランドパターン１５に接続された給電用フィードライン１６を通ってアンテナ金属パターン１３の給電点１３ｘに給電される。
このように、アンテナ金属パターン１３から所定箇所（端部）以外が電気的に切り離されたランドパターン１５を利用して給電ピン１７を接続することにより、給電ピンを所望のアンテナ出力インピーダンスとなるアンテナ金属パターン１３のエッジ部近傍に接続したのと同等の特性を得ながら、給電ピン１７をアンテナ金属パターン１３の中央部に配置することができる。

以上説明したように、本構成では、給電ピン１７がアンテナ金属パターン１３の中央部に位置し、この位置は、電圧が零となる短絡ポイントであるため、この位置に接地された給電ピン１７による放射特性の乱れを低減することができる。
このため、給電点１３ｘがアンテナ金属パターン１３のエッジ部近傍に位置する場合でも、その部分に半田付けを必要としないため、エッジ部におけ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、給電用フィードライン１６の長さＬと、給電用フィードライン１６とアンテナ金属パターン１３との間の間隔ｄとを調整することにより、給電ピン１７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になる。

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、給電ピン１７をアンテナ金属パターン１３の中央部に配置する場合について例示したが、上記ランドパターン１５の位置を変更することにより、給電ピン１７の配置位置を任意の位置に設定することが可能である。
さらに、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。 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）
１３ｘ 給電点
１５ ランドパターン（接続パターン）
１６ 給電用フィードライン
１７、５５ 給電ピン（給電部材）
５４ｘ 貫通孔
６０ 半田

Claims (4)

1. 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の予め定めた設定領域のみに電気的に接続された接続パターンに接続されることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記設定領域は、アンテナ出力インピーダンスが所定値となる領域であることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記給電部材は、前記アンテナパターンの略中央部に配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
4. 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１乃至３のいずれかに記載のアンテナ装置。
   
   

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