JP2007159031A - パッチアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】軸比特性が良好で小型化も容易なプレーンフィード型の円偏波用のパッチアンテナを提供すること。
【解決手段】パッチアンテナ１は、縮退分離素子３ａを装荷された放射導体３が所定の間隔を存して接地導体と対向するように配置されており、この放射導体３の一辺端から外方へ給電導体４が延設され、この給電導体４の先端部が給電部Ｆとなっている。また、放射導体３内で給電導体４側とは逆側の領域に短絡地点Ｓが設定され、この短絡地点Ｓが短絡導体６を介して接地導体と電気的に接続されている。例えば、誘電体基板２の片面に放射導体３と給電導体４を設けて他面に接地導体を設けると共に、誘電体基板２のスルーホール内に短絡導体６を設け、この短絡導体６と接続される放射導体３内の短絡地点Ｓを、放射導体３の中心Ｏと給電導体４とを結ぶ直線Ｐの延長線上に設定すれば良い。
【選択図】図１

Description

本発明は、放射導体に対する給電が該放射導体と同一平面内で行えるプレーンフィード型のパッチアンテナに係り、特に、円偏波アンテナとして動作するパッチアンテナに関する。

一般的にプレーンフィード型のパッチアンテナは、誘電体基板の片面に放射導体とインピーダンス整合回路が設けられると共に、誘電体基板の他面で少なくとも放射導体と対向する領域に接地導体が設けられ、放射導体の縁部の適宜位置にインピーダンス整合回路を経由して給電信号が供給されるようになっている。しかしながら、このようにインピーダンス整合回路を設けた構成にすると、必然的にパッチアンテナが大型化してしまうという不具合がある。

そこで、従来より、放射導体の縁部に一対の切れ込みを形成して両切れ込みに挟まれた帯状領域内に給電部を設定し、この給電部に直接給電できるように構成したパッチアンテナが知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる従来既知のパッチアンテナは直線偏波用であって、給電部を挟む一対の切れ込みの深さを適宜選択することによりインピーダンスが調整できるため、インピーダンス整合回路を別途設ける必要がなくなって小型化が促進できる。
特開平５−２５９７３１号公報（第２−４頁、図２）

前述した従来技術のように、放射導体の縁部に切れ込みを形成することによってインピーダンスを調整するという手法は、直線偏波アンテナに適用する場合には特に問題とならないいが、この手法を円偏波アンテナに適用した場合、良好な軸比特性を得ることが困難になるため、放射利得の低下を余儀なくされるという問題が発生する。すなわち、かかる従来既知の手法を円偏波アンテナに適用する場合には、放射導体の給電部近傍にインピーダンス調整用の切れ込みを形成するだけでなく、該切れ込みと直交する方向に延びる補正用の切れ込みを放射導体の別の縁部に形成する必要があるが、放射導体に形成する切れ込みの数や種類が増えると、電気的かつ空間的に直交する二つの励振モードの共振特性を共に満足させるような調整が困難となり、円偏波の軸比特性が劣化してしまう。

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、軸比特性が良好で小型化も容易なプレーンフィード型の円偏波用のパッチアンテナを提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明のパッチアンテナでは、縮退分離素子が装荷された放射導体が所定の間隔を存して接地導体と対向するように配置されており、この放射導体から径方向外側へ給電導体を延設して該給電導体の先端部を給電部となすと共に、前記放射導体における前記給電導体側とは逆側の領域内の所定位置と前記接地導体とを接続する短絡導体を設ける構成とした。

このように構成されたパッチアンテナの放射導体は、給電時に電圧がゼロとなるインピーダンス０Ω地点が、該放射導体の中心からずれて位置する短絡導体との接続箇所となるため、短絡導体が設けられていない場合と比べて電圧や電流の分布が大きく異なったものになり、放射導体から外方へ延びる給電導体内にインピーダンス５０Ωの給電部を設定することが可能となる。それゆえ、この給電導体内の給電部に特性インピーダンスが５０Ωの同軸ケーブル等を接続すればインピーダンスを整合させた給電が行えることになり、放射導体に切れ込みを形成しなくてもパッチアンテナの小型化が促進できる。また、放射導体に切れ込みを形成する必要がないため、この放射導体は軸比特性が良好な形状に設計することが容易となる。

上記の構成において、短絡導体の数は放射導体のどこに接続させるかに応じて適宜選択される。例えば、放射導体の中心と給電導体とを結ぶ直線の延長線上に存する該放射導体内の所定位置に短絡導体が接続されている場合には、この１箇所に短絡導体を設けるだけで良いため製造が容易になる。また、放射導体の中心と縮退分離素子とを結ぶ第１の直線上に存する所定位置に第１の短絡導体が接続されていると共に、該第１の直線と直交して放射導体の中心を通る第２の直線上に存する所定位置に第２の短絡導体が接続されている場合には、これら２箇所にそれぞれ短絡導体を設けることによって、電気的かつ空間的に直交する二つの励振モードの共振特性を個別に調整することが可能となるため、軸比特性のさらなる向上が容易となる。

また、上記の構成において、誘電体基板の片面に放射導体および給電導体を設けて他面に接地導体を設けると共に、該誘電体基板を貫通するスルーホール内に短絡導体を設ければ、簡素な構造で量産化が容易なパッチアンテナが得られるため好ましい。

本発明のパッチアンテナは、縮退分離素子が装荷された放射導体内で中心からずれた所定位置に短絡導体を接続することによって、放射導体から径方向外側へ延設した給電導体内にインピーダンス５０Ωの給電部が設定できるようにしてあるため、放射導体に切れ込みを形成しなくてもインピーダンス整合回路が不要で小型化に好適なプレーンフィード型のパッチアンテナが得られる。また、放射導体に切れ込みを形成する必要がないことから、該放射導体を軸比特性が良好な形状に設計することが容易であり、よって所要の放射利得が確保できる円偏波用のパッチアンテナを製造しやすくなる。

発明の実施の形態を図面に基づいて説明すると、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断面図、図３は該パッチアンテナの仰角方向の放射利得を示す特性図である。

これらの図に示すパッチアンテナ１は、誘電体基板２と、この誘電体基板２の上面に設けられた放射導体３および給電導体４と、誘電体基板２の底面に設けられた接地導体５と、誘電体基板２を貫通するスルーホール２ａ内に設けられた短絡導体６とによって主に構成されている。放射導体３は略正方形にパターニングされているが、この正方形の一方の対角線Ｌ１の両端部に相当する２箇所の隅部は、三角形状に切り欠かれて縮退分離素子３ａが装荷された状態になっている。給電導体４は放射導体３の一辺端の中央部から径方向外側へ若干量突出するように延設されており、この給電導体４の先端部を給電部Ｆとなすことでプレーンフィード型のパッチアンテナとなっている。接地導体５は誘電体基板２の底面のほぼ全面に設けられており、放射導体３が誘電体基板２を介して接地導体５と対向するという誘電体パッチアンテナの構造になっている。短絡導体６は、その上端が放射導体３の所定位置と接続されて下端が接地導体５と接続されているため、放射導体３内における短絡導体６との接続箇所である短絡地点Ｓは、短絡導体６を介して接地導体５と電気的に接続されている。この短絡地点Ｓは、放射導体３の中心Ｏと給電導体４（給電部Ｆ）とを結ぶ直線Ｐの延長線上、つまり放射導体３の中心Ｏから給電導体４側とは逆側へ所定量ずれた位置に設定されている。

このパッチアンテナ１は、放射導体３の一方の対角線Ｌ１の長さ（一対の縮退分離素子３ａ，３ａどうしの間隔）を、他方の対角線Ｌ２の長さよりも適宜寸法だけ短くして、対角線Ｌ１に沿う励振モードと対角線Ｌ２に沿う励振モードが約９０度の位相差を生じるように設計されているので、所定周波数の給電信号を給電部Ｆに供給することにより１点給電方式の円偏波アンテナとして動作するようになっている。ただし、かかる給電時に放射導体３内で電圧がゼロとなるインピーダンス０Ω地点は、放射導体３の中心Ｏからずれて位置する短絡導体６との接続箇所（短絡地点Ｓ）となるため、この放射導体３の電圧や電流の分布は短絡導体６が設けられていない場合と比べて大きく異なったものになり、例えば図２の左右方向に沿う放射導体３の電流分布曲線は、短絡地点Ｓ付近で最大になるものの比較的なだらかに変化する。その結果、このパッチアンテナ１は、放射導体３から外方へ延びる給電導体４内にインピーダンス５０Ωの給電部Ｆを設けることができ、この給電部Ｆに特性インピーダンスが５０Ωの同軸ケーブル等を接続することにより、インピーダンスを整合させた給電が行えるようになっている。

このように本実施形態例に係るパッチアンテナ１は、放射導体３から径方向外側へ延設した給電導体４内にインピーダンス５０Ωの給電部Ｆを設定できる構成にしてあるため、放射導体３に切れ込みを形成しなくてもインピーダンス整合回路が不要となって小型化が図りやすい。また、放射導体３に切れ込みを形成する必要がないことから、この放射導体３を軸比特性が良好な形状に設計することは容易であり、よって所要の放射利得が確保しやすく、例えば仰角９０度の利得は図３に示すように約２．４ｄＢｉｃと良好となる。また、短絡導体６を誘電体基板２の１箇所のスルーホール２ａ内に設けるだけで良いため、構造が簡素で製造が容易であり、量産化も図りやすい。

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平面図であって、図１に対応する部分に同一符号を付すことで重複する説明は省略する。

図４に示すパッチアンテナ１０は、放射導体３内の２箇所にそれぞれ短絡導体を接続した点が前述した第１実施形態例と大きく異なっている。すなわち、このパッチアンテナ１０においては、放射導体３の一方の対角線Ｌ１上に設定された短絡地点Ｓ１が第１の短絡導体１１の上端と接続されていると共に、他方の対角線Ｌ２上に設定された短絡地点Ｓ２が第２の短絡導体１２の上端と接続されており、各短絡導体１１，１２の下端はいずれも誘電体基板２の底面側で図示せぬ接地導体と接続されている。このように放射導体３内の２箇所に短絡地点Ｓ１と短絡地点Ｓ２を別々に設けた構成にしてあると、電気的かつ空間的に直交する二つの励振モードの共振特性を個別に調整することが可能となるため、軸比特性のさらなる向上が容易となる。

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断面図である。 該パッチアンテナの仰角方向の放射利得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平面図である。

符号の説明

１，１０ パッチアンテナ
２ 誘電体基板
２ａ スルーホール
３ 放射導体
３ａ 縮退分離素子
４ 給電導体
５ 接地導体
６，１１，１２ 短絡導体
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２ 短絡地点
Ｆ 給電部

Claims (4)

1. 縮退分離素子が装荷された放射導体が所定の間隔を存して接地導体と対向するように配置されており、この放射導体から径方向外側へ給電導体を延設して該給電導体の先端部を給電部となすと共に、前記放射導体における前記給電導体側とは逆側の領域内の所定位置と前記接地導体とを接続する短絡導体を設けたことを特徴とするパッチアンテナ。
2. 請求項１の記載において、前記放射導体の中心と前記給電導体とを結ぶ直線の延長線上に存する該放射導体内の所定位置に前記短絡導体が接続されていることを特徴とするパッチアンテナ。
3. 請求項１の記載において、前記放射導体の中心と前記縮退分離素子とを結ぶ第１の直線上に存する所定位置に第１の前記短絡導体が接続されていると共に、該第１の直線と直交して該放射導体の中心を通る第２の直線上に存する所定位置に第２の前記短絡導体が接続されていることを特徴とするパッチアンテナ。
4. 請求項１〜３のいずれか１項の記載において、誘電体基板の片面に前記放射導体および前記給電導体を設けて他面に前記接地導体を設けると共に、該誘電体基板を貫通するスルーホール内に前記短絡導体を設けたことを特徴とするパッチアンテナ。

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