JP2007274317A - パッチアンテナ及び受信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易且つ低廉な構成によってパッチアンテナの実装ばらつきを低減させることができ、周波数特性の変動が小さいといった精度の良いパッチアンテナ及び該パッチアンテナを用いた受信装置を提供することを目的とする。さらに、実装も容易にすることのできるパッチアンテナ及び該パッチアンテナを用いた受信装置も提供する。
【解決手段】誘電体１０１の片面に放射電極１０２を他面に第１の接地導体１０３を形成し、前記第１の接地導体１０３に第２の接地導体１０６が接合されたパッチアンテナ１０において、前記誘電体１０１は少なくとも２つのピン挿入部を有し、前記ピン挿入部のうち少なくとも一つに給電ピン１０５を配置するとともに、他の前記ピン挿入部に前記第１の接地導体１０３と導通する接地導体ピン１を配置し、該接地導体ピン１と前記給電ピン１０５は平行線路を成すことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、パッチアンテナ及び受信装置におけるアンテナ部とその下面に配置された接地導体との接続構造及び受信した電波の伝播に関する。

特許文献１に記載されているような一般的なパッチアンテナ１００の斜視図を図７に、図７中のＸＹ断面における断面図を図８に示す。このパッチアンテナ１００は、誘電体１０１と放射電極１０２と第１の接地導体１０３とピン挿入部１０４とから成るアンテナ部１１０と、給電ピン１０５と、第２の接地導体１０６と、同軸外導体１０８と、同軸中心導体１０９とから構成されている。

ここで、誘電体１０１の片側（上面）に放射電極１０２が、もう片側（下面）に第１の接地導体１０３が形成されている。一般にこの構成によるアンテナ部１１０が量産され、市販されている。そして、第１の接地導体１０３には半田１０７ａなどを用いて第２の接地導体１０６が溶着されている。

また、誘電体１０１は、ピン挿入部１０４を有している。このピン挿入部１０４は貫通孔であり、誘電体１０１と放射電極１０２と第１の接地導体１０３とを貫通している。さらに、第２の接地導体１０６も、給電ピン１０５が挿入できるような貫通孔を有している。

給電ピン１０５は、棒状の導体であり、放射電極１０２及び同軸中心導体１０９と導通している。この給電ピン１０５は、ピン挿入部１０４に挿入されており、また同軸中心導体１０９が半田１０７ｂにより先端に溶着されている。したがって、給電ピン１０５は、放射電極１０２及び同軸中心導体１０９と導通され、先に設けられる回路基板などに受信した電波を伝播できる。

続いて、給電経路及びグラウンド電流の経路について説明する。
給電経路は放射電極１０２上から給電ピン１０５を介して、同軸中心導体１０９を通る経路である。また、グラウンド電流は給電ピン１０５近傍の最も導通が良いところを流れようとする。したがって、グラウンド電流は図８中の矢印で示した経路を流れ、第１の接地導体１０３から半田１０７ａを介して第２の接地導体１０６を流れ、続いて同軸外導体１０８を流れる。ここで、同軸中心導体１０９は給電ピン１０５に、同軸外導体１０８は第２の接地導体１０６にそれぞれ半田１０７ｂなどにより溶着されている。

次に、特許文献２に記載されているようなパッチアンテナ２００の斜視図を図９に、図９中のＸＹ断面における断面図を図１０に示す。このパッチアンテナ２００は、前述した特許文献１に記載のパッチアンテナ１００の構成に加え、複数の第２の接地導体１０６（１０６ａ及び１０６ｂ）と、導体壁２００を備えることでチョーク構造を形成している。このように、第２の接地導体１０６ａ及び第２の接地導体１０６ｂ間に電磁波の反射波に共振するような導体壁１２０を設けることで、パッチアンテナ２００の裏面からの入射波に対する感度を抑圧することができ、耐マルチパス性能の効果をより得ることが可能になっている。なお、ここでは該チョーク構造の詳細な説明は省略する。

ここで、パッチアンテナ２００の実装手順を図１０を参照しながら説明する。
前述した特許文献１に記載のパッチアンテナ１００の構成において、まず第２の接地導体１０６ａに電磁波の反射波を共振するような導体壁１２０を取り付ける。続いて、導体壁１２０に開けられている穴から、第２の接地導体１０６ａに溶着されている同軸外導体１０８及び同軸中心導体１０９を抜き出し、半田などにより第２の接地導体１０６ｂと溶着させる。そして、同軸外導体１０８及び同軸中心導体１０９を導体壁１２０内部に収納させながら、導体壁１２０と第２の接地導体版１０６ｂをボルトとナットなどで接合することにより、パッチアンテナ２００は実装される。
特開２００２−３５３７３０号 特開２０００−７７９３０号

しかしながら、特許文献１に記載のパッチアンテナ１００の場合、第１の接地導体１０３と第２の接地導体１０６を溶着する際に半田１０７ａの溶接箇所が異なってしまうことがあった。この半田１０７ａの溶接箇所の違いなどの実装ばらつきにより、第１の接地導体１０３と第２の接地導体１０６との電気的接触具合に差異が生じ、グラウンド電流の経路にばらつきが起こるという問題点を有していた。さらに、このようなグラウンド電流の経路のばらつきは、インピーダンスをばらつかせ、パッチアンテナの周波数特性を変動させてしまうという問題にも繋がっていた。

ところで、第１の接地導体１０３と第２の接地導体１０６との接合には、半田１０７ａに替えてボルトとナットなどを用いることもできる。しかし、ボルトとナットを用いた場合、第１の接地導体１０３と第２の接地導体１０６の接合面の形状が均一に平らではない。したがって、使用される各パッチアンテナにおいて、接合面の接触具合に差異があり、グラウンド電流の経路がばらつくことや想定外の経路となるという問題点があった。

さらに、特許文献２に記載のパッチアンテナ２００の場合、同軸外導体１０８や同軸中心導体１０９を第２の接地導体１０６ａと第２の接地導体１０６ｂの間で且つ導体壁１２０の内部に実装しなければならなかった。この実装をするために、図１０に示し前述したような実装手順を踏まなければならず、製造上煩雑な作業が強いられるという問題点があった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、簡易且つ低廉な構成によってパッチアンテナの実装ばらつきを低減させることができ、周波数特性の変動が小さいといった精度の良いパッチアンテナ及び該パッチアンテナを用いた受信装置を提供することを目的とする。さらに、実装も容易にすることのできるパッチアンテナ及び該パッチアンテナを用いた受信装置も提供する。

前記課題を解決するために本発明におけるパッチアンテナは、誘電体の片面に放射電極を他面に第１の接地導体を形成し、前記第１の接地導体に第２の接地導体が接合されたパッチアンテナにおいて、前記誘電体は少なくとも２つのピン挿入部を有し、前記ピン挿入部のうち少なくとも一つに給電ピンを配置するとともに、他の前記ピン挿入部に前記第１の接地導体と導通する接地導体ピンを配置し、該接地導体ピンと前記給電ピンは平行線路を成すことを特徴とする。

さらに、前述のパッチアンテナにおいて、前記接地導体ピンが配置されたピン挿入部は貫通孔であり前記放射電極の電極を取り除いた箇所に形成されることを特徴とする。或いは、前記接地導体ピンが配置されたピン挿入部は凹穴であることを特徴とする。

さらに、前述のパッチアンテナにおいて、前記接地導体ピンが配置されたピン挿入部はスルーホールであることを特徴とする。或いは、前記接地導体ピンが配置されたピン挿入部はネジ穴であることを特徴とする。

また、本発明における受信装置は、パッチアンテナを備え、前記パッチアンテナは誘電体の片面に放射電極を他面に第１の接地導体を形成し、前記第１の接地導体に第２の接地導体が接合されたものであり、前記誘電体が少なくとも２つのピン挿入部を有し、前記ピン挿入部のうち少なくとも一つに給電ピンを配置するとともに、他の前記ピン挿入部に前記第１の接地導体と導通する接地導体ピンを配置し、該接地導体ピンと前記給電ピンは平行線路を成すことを特徴とする。

以上のような構成により、グラウンド電流の経路となる接地導体ピンを設けることで、グラウンド電流の経路をばらつかせなくすることができる。したがって、パッチアンテナの周波数特性の変動を小さくすることができる。また、第１の接地導体と第２の接地導体とをボルトとナットにより接合できることや、同軸外導体といったケーブルを実装する必要がなくなることにより、パッチアンテナを従来よりも簡易に実装することができる。

さらに、アンテナ部と第２の接地導体を複数のピンによって支持及び接合することができるため、構造上より安定させることができる。さらに、同軸外導体や同軸中心導体といったケーブルでなく、給電ピンや接地導体ピンのような棒状導体を用いることにより、給電経路及びグラウンド電流の経路を最短距離にすることができるため、従来よりも電波損失を少なくすることができる。さらに、これらのピンの位置関係によって、インピーダンスなどを決定することもできるので、パッチアンテナの周波数特性をより簡易に設定することができる。

（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施の形態１によるパッチアンテナ１０の斜視図であり、図２は、図１中のＸＹ断面における断面図である。

パッチアンテナ１０は、誘電体１０１と放射電極１０２と第１の接地導体１０３とピン挿入部１０４とからなるアンテナ部１１０と、給電ピン１０５と、接地導体ピン１と、第２の接地導体１０６とから構成される。

ここで、誘電体１０１の片面（上面）に放射電極１０２が、もう片面（下面）に第１の接地導体１０３が形成されている。そして、第１の接地導体１０３に半田１０７を用いて第２の接地導体１０６が溶着されている。

また、誘電体１０１は、３つのピン挿入部１０４を有している。これらピン挿入部１０４は、貫通孔であり、中央に位置するピン挿入部１０４ａは、誘電体１０１と放射電極１０２と第１の接地導体１０３とを貫通している。残りの両端に位置する２つのピン挿入部１０４ｂは、放射電極１０２が取り除かれた箇所２に設けられ、誘電体１０１と第１の接地導体１０３とを貫通している。さらに、これらピン挿入部１０４には、後述する給電ピン１０５及び接地導体ピン１が固着されるようにスルーホールを形成している。

さらに、第２の接地導体１０６も、給電ピン１０５及び接地導体ピン１が挿入できるような貫通孔を有している。この貫通孔はそれぞれのピンに対して設けてもよく、また複数のピンを挿入できるように設けても良い。なお、この貫通孔は少なくとも給電ピン１０５と第２の接地導体１０６とが導通しないように設けられている。また、本発明の実施の形態１において、第２の接地導体１０６と接地導体ピン１は接合していないが、これらは接合していても良い。

給電ピン１０５は、棒状の導体であり、放射電極１０２と導通している。この給電ピン１０５は、中央に位置するピン挿入部１０４ａに挿入されており、放射電極１０２と導通している。

接地導体ピン１は、棒状の導体であり、第１の接地導体１０３と導通している。この接地導体ピン１は、両端に位置する（放射電極１０２が取り除かれている箇所２に位置する）ピン挿入部１０４ｂに挿入されており、スルーホールと半田などにより固着されることで、第１の接地導体１０３と導通している。以上のような構成により、後述するようにグラウンド電流の経路となる接地導体ピン１を設けることで、グラウンド電流の経路をばらつかせなくすることができる。なお、本発明の実施の形態１において、接地導体ピン１と第２の接地導体ピン１０６は接合していないが、これらは接合していても良い。

続いて、給電経路及びグラウンド電流の経路について説明する。
給電経路は放射電極１０２上から給電ピン１０５を通る。また、グラウンド電流は給電ピン１０５近傍の最も導通が良いところを流れようとするため接地導体ピン１を流れる。したがって、実装ばらつきなどによるパッチアンテナの周波数特性の変動を小さくすることができる。

次に、接地導体ピン１の実装方法を図３を参照しながら説明する。
まず、誘電体１０１にピン挿入部１０４ｂを形成する。このピン挿入部１０４ｂは、放射電極１０２が取り除かれた箇所２に設けられ、誘電体１０１と第１の接地導体１０３と第２の接地導体１０６とを貫通している。さらに、貫通されているピン挿入部１０４ｂにスルーホールを形成する。

そして、接地導体ピン１を上部からピン挿入部１に挿入する。そして、この挿入された接地導体ピン１を半田によりスルーホールと固着させる。以上のような実装方法で、同軸外導体といったケーブルをパッチアンテナに実装するよりも簡易にグラウンド電流の経路となるものを実装することができる。

さらに他の特徴として、給電ピン１０５と接地導体ピン１は平行線路を形成している。この平行線路によって、アンテナ部１１０と第２の接地導体１０６とを支持及び接合することもできるため、構造上より安定させることができる。さらに、同軸外導体や同軸中心導体といったケーブルでなく、給電ピン１０５や接地導体ピン１といった棒状導体を用いることにより、給電経路及びグラウンド電流経路を最短距離にすることができるため従来よりも損失が少なくなる。この意味からも、パッチアンテナの周波数特性の精度は向上する。

また、この挿入された給電ピン１０５と接地導体ピン１との距離や位置関係によって、インピーダンスなどを決定することもできるので、パッチアンテナ１０の周波数特性をより簡易に設定することができる。そのため、放射電極１０２の電極を取り除いた箇所２は、給電ピン１０５と接地導体ピン１との距離や位置関係に基づいて、パッチアンテナ１０の周波数特性が所望のものとなるところに設ければよい。なお、パッチアンテナ１０の周波数特性は上述の距離や位置関係以外にも、給電ピン１０５及び接地導体ピン１の素材の種類や太さ、数などからも決定することができる。

以上のような構成により、グラウンド電流の経路となる接地導体ピンを設けることで、グラウンド電流の経路をばらつかせなくすることができる。したがって、パッチアンテナの周波数特性の変動を小さくすることができる。また、このグラウンド電流の経路となるものを、同軸外導体といったケーブルをパッチアンテナに実装するよりも簡易に実装することができる。

さらに、接地導体ピン１と第２の接地導体１０６が接合されている時には、アンテナ部と第２の接地導体を複数のピンによって支持及び接合することができるため、構造上より安定させることができる。さらに、同軸外導体や同軸中心導体といったケーブルでなく、給電ピンや接地導体ピンのような棒状導体を用いることにより、給電経路及びグラウンド電流の経路を最短距離にすることができるため、従来よりも電波損失を少なくすることができる。さらに、これらのピンの位置関係によって、インピーダンスなどを決定することもできるので、パッチアンテナの周波数特性をより簡易に設定することができる。
（実施の形態２）

以下、本発明の実施の形態２を図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。
図４は、本発明の実施の形態２によるパッチアンテナ２０の構成の一例を示す断面図である。また、本発明の実施の形態２によるパッチアンテナ２０は、実施の形態１によるパッチアンテナ１０と、第２の接地導体１０６を複数備えている（１０６ａ及び１０６ｂ）点で異なる。

パッチアンテナ２０は、誘電体１０１と放射電極１０２と第１の接地導体１０３とピン挿入部１０４とからなるアンテナ部１１０と、給電ピン１０５と、接地導体ピン１と、第２の接地導体１０６と導体壁１２０とから構成される。

ここで、第２の接地導体１０６は２つが並列して設けられている。さらに、これら第２の接地導体１０６ａと第２の接地導体１０６ｂとの間に導体壁１２０が設けられている。また、これら第２の接地導体１０６ａ及び第２の接地導体１０６ｂ及び導体壁１２０は、給電ピン１０５及び接地導体ピン１が挿入できるように貫通孔が設けられている。ここで、この第２の接地導体１０６ａと第２の接地導体１０６ｂと導体壁１２０とから成るチョーク構造は、特許文献２に記載されているような電磁波の反射波に共振する構造となっており、パッチアンテナ２０の裏面からの入射波に対する感度を抑圧している。

給電ピン１０５は、棒状の導体であり、放射電極１０２と導通している。この給電ピン１０５は、中央に位置するピン挿入部１０４ａに挿入されており、放射電極１０２と導通している。

接地導体ピン１は、棒状の導体であり、第１の接地導体１０３と導通している。この接地導体ピン１は、両端に位置する（放射電極１０２が取り除かれている箇所２に位置する）ピン挿入部１０４ｂに挿入されており、スルーホールと半田などにより固着されることで、第１の接地導体１０３と導通している。

以上のような構成により、第２の接地導体が複数ある場合でも、実施の形態１における効果に加えて、給電経路及びグラウンド電流の経路となるものの実装をより一層簡易にすることができる。
（実施の形態３）

以下、本発明の実施の形態３を図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態２と同様の構成については説明を省略する。
図５は、本発明の実施の形態３によるパッチアンテナ３０の構成の一例を示す断面図である。また、本発明の実施の形態３によるパッチアンテナ３０は、実施の形態２によるパッチアンテナ２０と、第１の接地導体１０３と第２の接地導体１０６ａの接合方法を異にする。

本発明の実施の形態３によるパッチアンテナ３０は、第１の接地導体１０３と第２の接地導体１０６ａをボルトとナット１２１を用いて接合している。従来の構成では、該接合をボルトとナットで接合すると接合面の形状に起因してグラウンド電流の経路が大きくばらつくため、図８に示すように半田１０７ａを用いて第１の接地導体１０３と第２の接地導体１０６ａとは溶着されていた。しかし、接地導体ピン１を設けたことによって、グラウンド電流の経路は接地導体ピン１を通る経路となるため、接合面の接触具合に差異があっても第１の接地導体１０３と第２の接地導体１０６ａとをボルトとナット１２１で接合することができる。

以上のような構成で、第１の接地導体と第２の接地導体とをボルトとナットにより接合することができるため、従来よりも簡易にパッチアンテナを実装することができる。
（実施の形態４）

以下、本発明の実施の形態４を図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。
なお、図６は、本発明の実施の形態３によるパッチアンテナ４０の構成の一例を示す断面図である。また、図６に示すように、本発明の実施の形態３によるパッチアンテナ３０は、実施の形態１によるパッチアンテナ１０と、ピン挿入部１０４ｂの形状、及び接地導体ピン１の接合方法を異にする。

図６に示すように、ピン挿入部１０４ｂは凹穴であり、誘電体１０１の下面側から中部までと第１の接地導体１０３に穴があけられている。さらに、ピン挿入部１０４ｂにはネジ切りがされており、ピン挿入部１０４ｂと接地導体ピン１は螺合している。

また、接地導体ピン１は棒状の導体であり、第１の接地導体１０３と導通している。さらに、この接地導体ピン１にはネジ山が設けられている。したがって、ピン挿入部１０４ｂと接地導体ピン１は雌ネジと雄ネジの関係にあり、接地導体ピン１とピン挿入部１０４ｂは螺合している。

以上のような構成により、実施の形態１における効果に加えて、放射電極の一部を取り除くことなく接地導体ピンを実装することができる。また、ネジ形状を利用した実装であるため接地導体ピンの取り外し、交換などを容易に行うことができる。

最後に、本発明におけるパッチアンテナは、該パッチアンテナが受信した信号を利用する受信装置に実装される。例えば、この受信装置はインマルサットに用いられる受信機やＧＰＳコンパスなどである。

本発明の実施の形態１によるパッチアンテナの構成の一例を示す斜視図である。 本発明の実施の形態１によるパッチアンテナの構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による接地導体ピンの実装方法の一例を表す図である。 本発明の実施の形態２によるパッチアンテナの構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態３によるパッチアンテナの構成の一例を示す断面図である。 本発明の実施の形態４によるパッチアンテナの構成の一例を示す断面図である。 パッチアンテナの構成の従来例の一例を示す斜視図である。 パッチアンテナの構成の従来例の一例を示す断面図である。 パッチアンテナの構成の従来例の一例を示す斜視図である。 パッチアンテナの構成の従来例の一例を示す断面図である。

符号の説明

１ 接地導体ピン
２ 電極を取り除いた箇所
１０ パッチアンテナ
２０ パッチアンテナ
３０ パッチアンテナ
４０ パッチアンテナ
１００ パッチアンテナ
１０１ 誘電体
１０２ 放射電極
１０３ 第１の接地導体
１０４ ピン挿入部
１０５ 給電ピン
１０６ 第２の接地導体
１０７ 半田
１０８ 同軸外導体
１０９ 同軸中心導体
１１０ アンテナ部
１２０ 導体壁
１２１ ボルトとナット
２００ パッチアンテナ

Claims (6)

1. 誘電体の片面に放射電極を他面に第１の接地導体を形成し、前記第１の接地導体に第２の接地導体が接合されたパッチアンテナにおいて、
   前記誘電体は少なくとも２つのピン挿入部を有し、
   前記ピン挿入部のうち少なくとも一つに給電ピンを配置するとともに、他の前記ピン挿入に前記第１の接地導体と導通する接地導体ピンを配置し、
   該接地導体ピンと前記給電ピンは平行線路を成すことを特徴とするパッチアンテナ。
2. 前記接地導体ピンが配置されたピン挿入部は貫通孔であり前記放射電極の電極を取り除いた箇所に形成されることを特徴とする請求項１に記載のパッチアンテナ。
3. 前記接地導体ピンが配置されたピン挿入部は凹穴であることを特徴とする請求項１に記載のパッチアンテナ。
4. 前記接地導体ピンが配置されたピン挿入部はスルーホールであり前記接地導体ピンと前記ピン挿入部は半田により溶着されることを特徴とする請求項１又は２に記載のパッチアンテナ。
5. 前記接地導体ピンが配置されたピン挿入部はネジ穴であり前記接地導体ピンと前記ピン挿入部は螺合されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のパッチアンテナ。
6. パッチアンテナを備えた受信装置において、
   前記パッチアンテナは誘電体の片面に放射電極を他面に第１の接地導体を形成し、前記第１の接地導体に第２の接地導体が接合されたものであり、
   前記誘電体が少なくとも２つのピン挿入部を有し、
   前記ピン挿入部のうち少なくとも一つに給電ピンを配置するとともに、他の前記ピン挿入部に前記第１の接地導体と導通する接地導体ピンを配置し、
   該接地導体ピンと前記給電ピンは平行線路を成すことを特徴とする受信装置。

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