JP2011233965A

JP2011233965A - パッチアンテナ

Info

Publication number: JP2011233965A
Application number: JP2010099969A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ito; 淳伊藤; Tatsuya Kawagishi; 達也川岸; Takayasu Shiokawa; 孝泰塩川
Original assignee: Kantatsu Co Ltd
Current assignee: Kantatsu Co Ltd
Priority date: 2010-04-23
Filing date: 2010-04-23
Publication date: 2011-11-17

Abstract

【課題】更なる小型、薄型化が可能な平面アンテナとして、広帯域に亘って良好なＶＳＷＲ特性が得られるパッチアンテナを提供する。
【解決手段】短辺２８．４ｍｍ、長辺３４．０ｍｍの長方形のパッチアンテナ１０を構成する誘電体基板１１の表面には、円形パッチ部１２Ａおよびマイクロストリップ部２Ｂを有するアンテナエレメント１２が積層され、誘電体基板１１の裏面にはグランド板が積層されている。誘電体基板１１には、これを第１領域１１Ｂと第２領域１１Ｃとに区画する帯状の特定領域１１Ａが長辺の中央部に設けられている。第１領域１１Ｂおよび第２領域１１Ｃの比誘電率ε１は８．０、特定領域１１Ａの比誘電率ε２は２．９である。グランド板は、誘電体基板１の第２領域１Ｃから帯状の特定領域１Ａの一部に亘って配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯電話、無線ＬＡＮ（Local Area Network）、ＧＰＳ（Global Positioning System）等で代表される各種のパーソナル通信やユビキタス通信に使用される通信機器に好適なパッチアンテナに関するものである。

近年、各種のパーソナル通信やユビキタス通信に使用される通信機器には、ＵＷＢ（Ultra Wide Band）やＷｉＭＡＸ（Worldwide Interoperability for Microwave Access）の周波数帯に対応した小型の平面アンテナが搭載される傾向にある。

この種の小型の平面アンテナとしては、非特許文献１、２に記載の平面アンテナが従来一般に知られている。ここで、非特許文献１に記載されている平面アンテナは、半円形状と台形形状により構成した半円台形不平衡ダイポールアンテナであって、４５ｍｍ×４０ｍｍのサイズで３．１〜１０．６ＧＨｚのＵＷＢの周波数帯に対応している。

一方、非特許文献２に記載されている平面アンテナは、板状モノポールアンテナの放射素子に長方形型の素子を付加したモノポールアンテナであって、５３ｍｍ×４０ｍｍのサイズで２．５ＧＨｚ、３．５ＧＨｚ、５．８ＧＨｚのＷｉＭＡＸの周波数帯に対応している。

2007 エレクトロニクス実装学会誌 vol.10 No.3 信学技報 A・P2006-151 March 2007

ところで、非特許文献１、２に記載されている平面アンテナは、何れも短辺が４０ｍｍ以上の長方形であって、携帯電話機などの小型端末に搭載するにはサイズが大き過ぎ、更なる小型、薄型化が要望されている。

ここで、平面アンテナの小型、薄型化には、比誘電率（誘電率）の高い基板を用いることが考えられるが、この場合には、基板による波長短縮効果によりアンテナのＶＳＷＲ（voltage standing wave ratio）の帯域特性が大幅に狭くなり、しかも、中帯域のＶＳＷＲ特性が劣化することが懸念される。

そこで、本発明は、更なる小型、薄型化が可能な平面アンテナとして、広帯域に亘って良好なＶＳＷＲ特性が得られるパッチアンテナを提供することを課題とする。

このような課題を解決するため、本発明に係るパッチアンテナは、誘電体基板の表面に導電体のアンテナエレメントが積層され、誘電体基板の裏面に導電体のグランド板が積層されてなるパッチアンテナであって、誘電体基板には、その比誘電率（ε１）より低い比誘電率（ε２）を有する特定領域が設けられていることを特徴とする。

本発明に係るパッチアンテナでは、誘電体基板に設けられた比誘電率（ε２）の低い特定領域の存在によってアンテナエレメントへの給電状態で変化し、その特定領域がインピーダンス整合の機能を発揮することにより、ＶＳＷＲ特性が改善される。これにより、広帯域に亘って良好なＶＳＷＲ特性が得られ、しかも、更なる小型、薄型化が可能となる。

本発明のパッチアンテナにおいて、誘電体基板の比誘電率（ε１）が７〜１０の範囲内にあり、特定領域の比誘電率（ε２）が２．５〜３．５の範囲内にあると、ＵＷＢやＷｉＭＡＸに対応した広帯域に亘って良好なＶＳＷＲ特性が得られ、しかも、携帯電話機などの小型端末に搭載可能なサイズまで小型、薄型化が可能となるので好ましい。

本発明のパッチアンテナにおいて、誘電体基板は矩形や円形などの適宜の平面形状とすることができる。また、特定領域は、誘電体基板の中央部を横断して誘電体基板を第１領域と第２領域とに区画する帯状に設けることができる。

この場合、アンテナエレメントは、誘電体基板の第１領域に形成される円形パッチ部と、この円形パッチ部に連続して誘電体基板の帯状の特定領域から第２領域に亘って形成される帯状のマイクロストリップ部とを有する構造とし、グランド板は、誘電体基板の第２領域から帯状の特定領域の一部に亘って形成することができる。

ここで、円形パッチ部およびグランド板を同一平面に投影した場合の両者の最短距離（ａ）が０．２〜０．４ｍｍの範囲内にあると、中域のＶＳＷＲ特性が改善されるので好ましい。また、円形パッチ部の半径（ｒ）が８〜１０ｍｍの範囲内にあると、低域および高域のＶＳＷＲ特性が大幅に改善されるので好ましい。

本発明に係るパッチアンテナによれば、誘電体基板に設けられた比誘電率（ε２）の低い特定領域がインピーダンス整合の機能を発揮することにより、広帯域に亘って良好なＶＳＷＲ特性が得られ、しかも、更なる小型、薄型化が可能となる。

本発明のパッチアンテナにおいて、誘電体基板の比誘電率（ε１）が７〜１０の範囲内にあり、特定領域の比誘電率（ε２）が２．５〜３．５の範囲内にあると、ＵＷＢやＷｉＭＡＸに対応した広帯域に亘って良好なＶＳＷＲ特性が得られ、しかも、携帯電話機などの小型端末に搭載可能なサイズまで小型、薄型化が可能となる。

本発明の第１実施形態に係るパッチアンテナを模式的に拡大して示す正面図である。図１に示したパッチアンテナの側面図である。図１に示したパッチアンテナの背面図である。第１実施形態のパッチアンテナであって、誘電体基板の特定領域の比誘電率を異ならせた各パッチアンテナのＶＳＷＲ特性を比較して示すグラフである。第１実施形態のパッチアンテナであって、円形パッチ部の直径を異ならせた各パッチアンテナのＶＳＷＲ特性を比較て示すグラフである。第１実施形態のパッチアンテナであって、アンテナエレメントの円形パッチ部とグランド板との相互間隔を異ならせた各パッチアンテナのＶＳＷＲ特性を比較して示すグラフである。第１の比較例によるパッチアンテナのＶＳＷＲ特性と、第２の比較例によるパッチアンテナのＶＳＷＲ特性とを比較して示すグラフである。第１実施形態のパッチアンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。第１実施形態のパッチアンテナのインピーダンス特性を示すグラフである。第１実施形態のパッチアンテナの周波数３．１ＧＨｚにおける放射パターンを示す円グラフであり、（ａ）はＸＺ面での放射パターンを示し、（ｂ）はＹＺ面での放射パターンを示す。第１実施形態のパッチアンテナの周波数６．８５ＧＨｚにおける放射パターンを示す円グラフであり、（ａ）はＸＺ面での放射パターンを示し、（ｂ）はＹＺ面での放射パターンを示す。第１実施形態のパッチアンテナの周波数１０．６ＧＨｚにおける放射パターンを示す円グラフであり、（ａ）はＸＺ面での放射パターンを示し、（ｂ）はＹＺ面での放射パターンを示す。第２実施形態のパッチアンテナであって、誘電体基板の厚さを異ならせた各パッチアンテナのＶＳＷＲ特性を比較して示すグラフである。第２実施形態のパッチアンテナであって、誘電体基板の第１領域および第２領域の比誘電率を異ならせた各パッチアンテナのＶＳＷＲ特性を比較して示すグラフである。第２実施形態のパッチアンテナのＶＳＷＲ特性を示すグラフである。第２実施形態のパッチアンテナのインピーダンス特性を示すグラフである。第２実施形態のパッチアンテナの周波数２．５９６ＧＨｚにおける放射パターンを示す円グラフであり、（ａ）はＸＺ面での放射パターンを示し、（ｂ）はＹＺ面での放射パターンを示す。第２実施形態のパッチアンテナの周波数３．５５０ＧＨｚにおける放射パターンを示す円グラフであり、（ａ）はＸＺ面での放射パターンを示し、（ｂ）はＹＺ面での放射パターンを示す。

以下、添付の図面を参照して本発明に係るパッチアンテナの実施の形態を説明する。第１実施形態に係るパッチアンテナは、次世代携帯電話機などのモバイル機器に組み込み可能な小型、薄型のパッチアンテナであって、３．１〜１０．６ＧＨｚのＵＷＢの周波数帯に対応したものである。

図１〜図３に示すように、第１実施形態のパッチアンテナは、長方形の板状に形成された誘電体基板１を備えており、その表面には導電体のアンテナエレメント２が積層され、その裏面には導電体のグランド板３が積層されている。

誘電体基板１は、比誘電率の高い誘電性セラミックスと、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）と、液晶ポリマ（ＬＣＰ）とをコンパウンドした複合材料の射出成型により、従来例のサイズより小型、薄型化された長方形の板状に形成されている。すなわち、従来例の誘電体基板のサイズを短辺５０ｍｍ、長辺６０ｍｍの長方形とした場合、誘電体基板１は、例えば、短辺の長さＬ１が２８．４ｍｍ、長辺の長さＬ２が３４．０ｍｍ、厚さＴが２．０ｍｍの小型、薄型化された長方形の板状に形成されている。

ここで、誘電体基板１には、その長辺方向の中央部を短辺方向に横断して延びる帯状の特定領域１Ａが２色成型により設けられている。この帯状の特定領域１Ａは、幅寸法Ｚが例えば３．２ｍｍに設定されており、この特定領域１Ａにより、誘電体基板１には第１領域１Ｂと第２領域１Ｃとが区画されている。すなわち、図１において帯状の特定領域１Ａより上側に図示される第１領域１Ｂと、帯状の特定領域１Ａより下側に図示される第２領域１Ｃとが区画されている。

誘電体基板１の第１領域１Ｂおよび第２領域１Ｃの比誘電率ε１は、例えば８．００に設定されている。これに対し、誘電体基板１の特定領域１Ａの比誘電率ε２は、図４に示すＶＳＷＲ特性の解析結果に基づき、２．５〜３．５の範囲内において、例えば２．９に設定されている。

アンテナエレメント２は、銅、ニッケル、銀合金などの適宜の導電性金属材料からなるメッキ層により形成されている。このアンテナエレメント２は、誘電体基板１の第１領域１Ｂに形成される円形パッチ部２Ａと、この円形パッチ部２Ａに連続して誘電体基板１の特定領域１Ａから第２領域１Ｃに亘って形成される帯状のマイクロストリップ部２Ｂとを有し、両者は誘電体基板１の短辺方向の中央部に配置されている。

グランド板３は、銅、ニッケル、銀合金などの適宜の導電性金属材料からなるメッキ層により形成されている。このグランド板３は、誘電体基板１の第２領域１Ｃから帯状の特定領域１Ａの一部に亘って形成されている。すなわち、グランド板３は、誘電体基板１の第２領域１Ｃの全面および特定領域１Ａの一部を覆う長方形に形成されている。

ここで、アンテナエレメント２の円形パッチ部２Ａの直径Ｄは、図５に示すＶＳＷＲ特性の解析結果に基づき、１６〜２０ｍｍの範囲内において、例えば１６．４ｍｍに設定されている。換言すれば、円形パッチ部２Ａの半径は、８〜１０ｍｍの範囲内において、例えば８．２ｍｍに設定されている。なお、マイクロストリップ部２Ｂの幅寸法Ｗは、例えば３．０ｍｍに設定されている。

そして、アンテナエレメント２の円形パッチ部２Ａとグランド板３との相互間隔、すなわち、円形パッチ部２Ａおよびグランド板３を同一平面に投影した場合の両者の最短距離ａは、図６に示すＶＳＷＲ特性の解析結果に基づき、０．２〜０．４ｍｍの範囲内において、例えば０．４ｍｍに設定されている。

ここで、図７は、第１実施形態のパッチアンテナのＶＳＷＲ特性と比較するための第１の比較例によるパッチアンテナのＶＳＷＲ特性と、第２の比較例によるパッチアンテナのＶＳＷＲ特性とを示している。第１の比較例によるパッチアンテナは、短辺の長さＬ１を５０ｍｍ、長辺の長さＬ２を６０ｍｍ、比誘電率ε１を全域に亘り均一な２．５５とした誘電体基板を備えている。一方、第２の比較例によるパッチアンテナは、短辺の長さＬ１を２８．４ｍｍ、長辺の長さＬ２を３４．０ｍｍ、比誘電率ε１を全域に亘り均一な８．００とした誘電体基板を備えている。

図７の点線グラフに示すように、第１の比較例による大型のパッチアンテナでは、周波数２〜１１ＧＨｚの広帯域に亘ってＶＳＷＲが２以下に低下しており、良好なＶＳＷＲ特性を発揮している。これに対し、第２の比較例による小型化されたパッチアンテナでは、図７の実線グラフに示すように、ＶＳＷＲの帯域特性が３〜１０ＧＨｚと大幅に狭くなっており、しかも、周波数５〜８ＧＨｚの中域におけるＶＳＷＲが２．５〜３の間に上昇しており、ＶＳＷＲ特性が劣化している。

ここで、図４は、第１実施形態のパッチアンテナであって、誘電体基板１の特定領域１Ａの比誘電率ε２を２．９、６．０、９．６と異ならせた各パッチアンテナのＶＳＷＲ特性をＦＤＴＤ法（Finite-difference time-domain method）により解析して示すグラフである。

図４の点線グラフに示すように、特定領域１Ａの比誘電率ε２を９．６としたパッチアンテナでは、周波数５〜７ＧＨｚの中域におけるＶＳＷＲが３以上に上昇しており、図７の実線グラフに示した第２の比較例によるパッチアンテナよりもＶＳＷＲ特性が劣化している。

これに対し、特定領域１Ａの比誘電率ε２を６．０としたパッチアンテナでは、図４の鎖線グラフに示すように、周波数６〜８ＧＨｚの中域におけるＶＳＷＲが２付近まで低下しており、図７の実線グラフに示した第２の比較例によるパッチアンテナよりもＶＳＷＲ特性が改善されている。

そして、特定領域１Ａの比誘電率ε２を２．９としたパッチアンテナでは、図４の実線グラフに示すように、周波数５〜６ＧＨｚの中域におけるＶＳＷＲが２以下に低下しており、ＶＳＷＲ特性が図４の鎖線グラフに示したＶＳＷＲ特性よりも改善されている。そこで、第１実施形態のパッチアンテナにおいては、前述したように、誘電体基板１の特定領域１Ａの比誘電率ε２が２．９に設定されている。

第１実施形態のパッチアンテナにおいて、誘電体基板１に第１領域１Ｂおよび第２領域１Ｃの比誘電率ε２よりも比誘電率ε２が大幅に小さい特定領域１Ａが存在すると、中域のＶＳＷＲ特性が改善される理由は、その特定領域１Ａの存在によりアンテナエレメント２への給電状態で変化し、その特定領域１Ａがインピーダンス整合の機能を発揮するためであると考えられる。

ここで、図５は、第１実施形態のパッチアンテナにおいて、図１に示したアンテナエレメント２の円形パッチ部２Ａの直径Ｄを１４．４ｍｍ、１５．２ｍｍ、１６．４ｍｍと異ならせた各パッチアンテナのＶＳＷＲ特性をＦＤＴＤ法により解析して示すグラフである。

図５の点線グラフに示すように、円形パッチ部２Ａの直径Ｄを１４．４ｍｍとしたパッチアンテナでは、周波数５〜６ＧＨｚの中域におけるＶＳＷＲと、周波数９．４〜１０．２ＧＨｚの高域におけるＶＳＷＲとが２以上となっている。また、図５の鎖線グラフに示すように、円形パッチ部２Ａの直径Ｄを１５．２ｍｍとしたパッチアンテナにおいても、ＶＳＷＲ特性は、点線グラフに示すものと同様の傾向を示す。

これに対し、円形パッチ部２Ａの直径Ｄを１６．４ｍｍと大きく設定したパッチアンテナでは、周波数５〜６ＧＨｚの中域におけるＶＳＷＲおよび周波数９．４〜１０．２ＧＨｚの高域におけるＶＳＷＲがそれぞれ２以下に低下しており、ＶＳＷＲ特性が図５の点線グラフや鎖線グラフに示したＶＳＷＲ特性よりも改善されている。

加えて、円形パッチ部２Ａの直径Ｄを１６．４ｍｍと大きく設定したパッチアンテナでは、周波数３ＧＨｚの低域のＶＳＷＲ特性も改善されている。そこで、第１実施形態のパッチアンテナにおいては、前述したように、アンテナエレメント２の円形パッチ部２Ａの直径Ｄが１６．４ｍｍに設定されている。換言すれば、円形パッチ部２Ａの半径が８．２ｍｍに設定されている。

第１実施形態のパッチアンテナにおいて、円形パッチ部２Ａの直径Ｄが大きくなるにつれて低域のＶＳＷＲ特性が改善される理由は、円形パッチ部２Ａの直径Ｄが大きくなると、その円周／２の長さの増大に対応して共振波長が増大するためであるものと考えられる。そして、その共振波長の変化が中域や高域のＶＳＷＲ特性に影響を与えるためであるものと考えられる。

ここで、図６は、第１実施形態のパッチアンテナであって、アンテナエレメント２の円形パッチ部２Ａとグランド板３との相互間隔である両者の最短距離ａを０．２ｍｍ、０．４ｍｍ、０．８ｍｍと異ならせた各パッチアンテナのＶＳＷＲ特性をＦＤＴＤ法により解析して示すグラフである。

図６に示す周波数５〜６ＧＨｚおよび８〜９ＧＨｚの中域におけるＶＳＷＲ特性は、円形パッチ部２Ａとグランド板３との最短距離ａが小さくなるにつれて改善されている。その理由は、円形パッチ部２Ａに給電する構造が変化してインピーダンス整合の機能を発揮するためであると考えられる。そこで、第１実施形態のパッチアンテナにおいては、前述したように、円形パッチ部２Ａとグランド板３との最短距離ａが例えば０．４ｍｍに設定されている。

以上のように構成された第１実施形態に係るパッチアンテナは、図４〜図６に示したＶＳＷＲ特性に影響を与える主要パラメータとして、誘電体基板１の特定領域１Ａの比誘電率ε２が２．９に設定され、アンテナエレメント２の円形パッチ部２Ａの直径Ｄが１６．４ｍｍ（半径が８．２ｍｍ）に設定され、円形パッチ部２Ａとグランド板３との最短距離ａが０．４ｍｍに設定されている。

このため、第１実施形態に係るパッチアンテナでは、図８の実線グラフに示すように、ＵＷＢの周波数帯である３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数帯において、ＶＳＷＲが略２以下の良好なＶＳＷＲ特性が得られる。ちなみに、第１実施形態のパッチアンテナにおける実部のインピーダンス特性は、図９の実線グラフに示す特性となり、虚部のインピーダンス特性は、図９の点線グラフに示す特性となる。なお、第１実施形態に係るパッチアンテナのグランド板１３上には、３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数帯において、電流分布がほとんど見られない。

また、図１に示した誘電体基板１の短辺に沿う方向をＸ方向、長辺に沿う方向をＹ方向、図２に示した誘電体基板１１の厚さＴの方向をＺ方向としたとき、第１実施形態のパッチアンテナの周波数３．１ＧＨｚにおけるＸＺ面での放射パターンは、図１０の（ａ）の円グラフに点線で示すようになり、ＹＺ面での放射パターンは、図１０の（ｂ）の円グラフに実線で示すようになる。

また、第１実施形態のパッチアンテナの周波数６．８５ＧＨｚにおけるＸＺ面での放射パターンは図１１の（ａ）の円グラフに点線で示すようになり、ＹＺ面での放射パターンは図１１の（ｂ）の円グラフに実線で示すようになる。さらに、第１実施形態のパッチアンテナ１０の周波数１０．６ＧＨｚにおけるＸＺ面での放射パターンは図１２の（ａ）の円グラフに点線で示すようになり、ＹＺ面での放射パターンは図１２の（ｂ）の円グラフに実線で示すようになる。

すなわち、第１実施形態のパッチアンテナでは、ＵＷＢの周波数帯である３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数帯において、ＸＺ面での放射パターンおよびＹＺ面での放射パターンとして、何れも比較的に良好な放射パターンが得られている。

従って、第１実施形態のパッチアンテナによれば、ＵＷＢの周波数帯である３．１〜１０．６ＧＨｚの周波数帯において、ＶＳＷＲが２以下の良好なＶＳＷＲ特性を得ることができ、同時に、そのサイズを短辺が５０ｍｍ、長辺が６０ｍｍの長方形の板状に小型、薄型化することができる。

次に、本発明の第２実施形態に係るパッチアンテナを説明する。第２実施形態のパッチアンテナは、日本で使用されているＷｉＭＡＸの周波数２．５ＧＨｚ帯（２．４９５〜２．６９０ＧＨｚ）と、欧州で使用されているＷｉＭＡＸの周波数３．５ＧＨｚ帯（３．３〜３．８ＧＨｚ）に対応したものである。

第２実施形態のパッチアンテナは、第１実施形態のパッチアンテナにおける誘電体基板１の厚さＴを２．０ｍｍから１．２ｍｍへと薄くすると共に、誘電体基板１の第１領域１Ｂおよび第２領域１Ｃの比誘電率ε１を８．００から９．６０へと大きくしたものであり、その他の構造およびパラメータは、マイクロストリップ部２Ｂの幅寸法Ｗを３．６ｍｍに変更し、帯状の特定領域１Ａの幅寸法Ｚを４．０ｍｍに変更した点を除き、第１実施形態のパッチアンテナと同様である。

第２実施形態のパッチアンテナにおいては、図１３に示すＶＳＷＲ特性の解析結果に基づいて誘電体基板１の厚さＴが１．２ｍｍに設定されている。ここで、図１３は、第２実施形態のパッチアンテナであって、誘電体基板１の厚さＴを１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、２．０ｍｍと異ならせた各パッチアンテナのＶＳＷＲ特性をＦＤＴＤ法により解析して示すグラフである。

図１３に示すＶＳＷＲ特性グラフにおいて、ＷｉＭＡＸの周波数２．５ＧＨｚ帯（２．４９５〜２．６９０ＧＨｚ）では、誘電体基板１の厚さＴが２．０ｍｍ〜１．２ｍｍへと減少するにつれてＶＳＷＲ特性が改善されている。そこで、第２実施形態のパッチアンテナにおいては、誘電体基板１の厚さＴが１．２ｍｍに設定されている。

また、第２実施形態のパッチアンテナにおいては、図１４に示すＶＳＷＲ特性の解析結果に基づいて誘電体基板１の第１領域１Ｂおよび第２領域１Ｃの比誘電率ε１が９．６０に設定されている。ここで、図１４は、第２実施形態のパッチアンテナであって、誘電体基板１の第１領域１Ｂおよび第２領域１Ｃの比誘電率ε１を６．００、８．００、９．６０と異ならせた各パッチアンテナのＶＳＷＲ特性をＦＤＴＤ法により解析して示すグラフである。

図１４に示すＶＳＷＲ特性グラフにおいて、周波数２．５ＧＨｚ帯では、誘電体基板１の第１領域１Ｂおよび第２領域１Ｃの比誘電率ε１が６．００〜９．６０へと大きくなるにつれてＶＳＷＲ特性のグラフが周波数の低い側にシフトしており、その分、比誘電率ε１が大きいほどＶＳＷＲ特性が改善されている。その理由は、比誘電率ε１が大きくなるにつれてアンテナの管内波長が短くなり、仮想的にアンテナサイズが大きくなるためである。そこで、第２実施形態のパッチアンテナにおいては、誘電体基板１の第１領域１Ｂおよび第２領域１Ｃの比誘電率ε１が９．６０に設定されている。

以上のように構成された第２実施形態に係るパッチアンテナは、図１３、図１４に示したＶＳＷＲ特性に影響を与える主要パラメータとして、誘電体基板１の厚さＴが１．２ｍｍに設定され、誘電体基板１の第１領域１Ｂおよび第２領域１Ｃの比誘電率ε１が９．６０に設定されている。

このため、第２実施形態に係るパッチアンテナでは、図１５の実線グラフに示すように、ＷｉＭＡＸの周波数帯である２．５ＧＨｚ帯および３．５ＧＨｚ帯において、ＶＳＷＲが２以下の良好なＶＳＷＲ特性が得られる。ちなみに、第２実施形態のパッチアンテナにおける実部のインピーダンス特性は、図１６の実線グラフに示す特性となり、虚部のインピーダンス特性は、図１６の点線グラフに示す特性となる。なお、第２実施形態に係るパッチアンテナのグランド板１３上には、２．５ＧＨｚ帯および３．５ＧＨｚ帯において、電流分布がほとんど見られない。

また、第２実施形態のパッチアンテナの周波数２．５ＧＨｚ帯（２．５９６ＧＨｚ）におけるＸＺ面での放射パターンは、図１７の（ａ）の円グラフに点線で示すようになり、ＹＺ面での放射パターンは、図１７の（ｂ）の円グラフに実線で示すようになる。さらに、周波数３．５ＧＨｚ帯（３．５５０ＧＨｚ）におけるＸＺ面での放射パターンは、図１８の（ａ）の円グラフに点線で示すようになり、ＹＺ面での放射パターンは、図１８の（ｂ）の円グラフに実線で示すようになる。

すなわち、第２実施形態のパッチアンテナでは、ＷｉＭＡＸの周波数帯である２．５ＧＨｚ帯および３．５ＧＨｚ帯において、ＸＺ面での放射パターンが無指向性となっており、良好な放射パターンが得られている。

従って、第２実施形態のパッチアンテナによれば、ＷｉＭＡＸの周波数帯である２．５ＧＨｚ帯および３．５ＧＨｚ帯において、ＶＳＷＲが２以下の良好なＶＳＷＲ特性を得ることができ、同時に、そのサイズを短辺が５０ｍｍ、長辺が６０ｍｍの長方形の板状に小型、薄型化することができる。

本発明に係るパッチアンテナは、前述した第１実施形態または第２実施形態に限定されるものではない。例えば、誘電体基板１の特定領域１Ａの比誘電率ε２は、２．５〜３．５の範囲内の値に適宜変更することができ、第１領域１Ｂおよび第２領域１Ｃの比誘電率ε１も７〜１０の範囲内の値に適宜変更することができる。

また、アンテナエレメント２の円形パッチ部２Ａの直径は、１６〜２０ｍｍの範囲内で適宜の値に変更でき、円形パッチ部２Ａとグランド板３との最短距離ａも、０．２〜０．４ｍｍの範囲内で適宜の値に変更することができる。

１：誘電体基板
１Ａ：特定領域
１Ｂ：第１領域
１Ｃ：第２領域
２：アンテナエレメント
２Ａ：円形パッチ部
２Ｂ：マイクロストリップ部
３：グランド板
ａ：円形パッチ部とグランド板との最短距離
Ｄ：円形パッチ部の直径
Ｔ：誘電体基板の厚さ
Ｗ：マイクロストリップ部の幅寸法
Ｌ１：誘電体基板の短辺の長さ
Ｌ２：誘電体基板の長辺の長さ
Ｚ：特定領域の幅寸法

Claims

誘電体基板の表面に導電体のアンテナエレメントが積層され、誘電体基板の裏面に導電体のグランド板が積層されてなるパッチアンテナであって、
誘電体基板には、その比誘電率（ε１）より低い比誘電率（ε２）を有する特定領域が設けられていることを特徴とするパッチアンテナ。
前記誘電体基板の比誘電率（ε１）が７〜１０の範囲内にあり、前記特定領域の比誘電率（ε２）が２．５〜３．５の範囲内に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。
前記誘電体基板が矩形の平面形状を有し、前記特定領域は、誘電体基板の中央部を横断して誘電体基板を第１領域と第２領域とに区画する帯状に設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のパッチアンテナ。
前記誘電体基板の表面に積層されるアンテナエレメントは、誘電体基板の第１領域に形成される円形パッチ部と、この円形パッチ部に連続して誘電体基板の帯状の特定領域から第２領域に亘って形成される帯状のマイクロストリップ部とを有し、誘電体基板の裏面に積層されるグランド板は、誘電体基板の第２領域または第２領域から帯状の特定領域の一部に亘って形成されていることを特徴とする請求項３に記載のパッチアンテナ。
前記円形パッチ部および前記グランド板を同一平面に投影した場合の両者の最短距離（ａ）が０．２〜０．４ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項４に記載のパッチアンテナ。
前記円形パッチ部の直径（Ｄ）が１６〜２０ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項４または５に記載のパッチアンテナ。