JP3225834B2 - マイクロ波アンテナの共振周波数調整方法及びマイクロ波アンテナ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波アンテ
ナの調整方法及びマイクロ波アンテナ、特に共振周波数
調整時におけるインピーダンス整合を容易にするものに
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の電子通信技術の進歩に伴い、ＧＰ
Ｓ（グローバル・ポジショニング・システム）等を含む
衛星通信、移動体電話等各種の無線通信が普及してきて
いる。このような無線通信においては、高周波数のマイ
クロ波が利用され、そのアンテナとして、マイクロスト
リップアンテナが利用される。

【０００３】このマイクロストリップアンテナは、誘電
体の誘電率の選択で共振周波数を調整でき、アンテナ形
状を比較的小型にできるため、移動体に搭載するアンテ
ナとして特に適している。

【０００４】このマイクロストリップアンテナは、誘電
体基板上に平板状のパッチ電極（アンテナエレメント）
が形成された構成を有しており、誘電体基板の比誘電率
やパッチ電極のサイズ、給電点位置等によって共振周波
数が変化する。そして、製作されたマイクロストリップ
アンテナの共振周波数は、製品のばらつき等により、必
ずしも同一にできない。このため、製作されたアンテナ
１つ１つについて共振周波数を目的とする周波数に調整
する作業が必要になる。また、アンテナの共振周波数を
適用する用途に応じて調整したい場合もある。

【０００５】このアンテナの共振周波数の調整方法とし
ては、各種のものが提案されているが、例えば、特開平
５−２５１９１７号公報では、誘電体ケース内に平板状
アンテナをその底面に対向するように配置し、平板状ア
ンテナの底面に対する距離を調整することによって、共
振周波数を調整している。

【０００６】そして、このアンテナでは、平板状アンテ
ナが予め位置調整自在に形成されており、平板状アンテ
ナを誘電体ケース中で移動することによって共振周波数
を比較的容易に調整できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例の
ように、平板状アンテナを誘電体ケース底面に対し、上
下させると、平板状アンテナの給電点から見たインピー
ダンス（給電インピーダンス）が変化してしまう。

【０００８】すなわち、平板状アンテナの底面に対する
位置を変更するということは、平板状アンテナを含むア
ンテナ全体における等価的な比誘電率を変更することを
意味している。そして、この比誘電率εｒを変更するこ
とで、共振周波数（１／√［εｒ］に比例する）を調整
している。一方、アンテナエレメントのサイズ及び給電
点位置を変更せず、アンテナの等価的な比誘電率εｒを
変化させた場合、アンテナエレメントの給電点から見た
インピーダンスが変化する。例えば、共振振動数を低く
するために、等価比誘電率εｒを高くし、アンテナのＱ
を高くした場合には、これに応じてアンテナエレメント
の給電点から見たインピーダンス（給電インピーダン
ス）が高くなる。

【０００９】そこで、平板状アンテナを誘電体ケースの
底面に対し、移動させて共振周波数を変更した場合、ア
ンテナエレメントの給電インピーダンスが変化し、給電
ライン（例えば、同軸給電線）と平板状アンテナインピ
ーダンスが不整合になり、十分な性能が得られないとい
う問題点があった。

【００１０】本発明は、上記問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、インピーダンスの不整合
発生を抑制しつつ、共振周波数を容易に調整できるマイ
クロ波アンテナの共振周波数調整方法及びマイクロ波ア
ンテナを提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明に係るマイクロ波
アンテナの調整方法は、平面状のアンテナエレメントを
誘電体基板に対しアンテナエレメントの面直方向におい
て位置調整可能に配置すると共に、前記アンテナエレメ
ントに当接給電する給電ピンを設けたマイクロ波アンテ
ナの共振周波数調整方法において、前記アンテナエレメ
ントの誘電体基板に対する相対的位置移動に応じて、給
電ピンとアンテナエレメントの当接位置を変化させ、給
電位置から見たアンテナエレメントの給電インピーダン
スを調整することを特徴とする。

【００１２】また、本発明に係るマイクロ波アンテナ
は、誘電体基板と、この誘電体基板に対し、その面直方
向において相対的位置が調整可能に設けられた平面状の
アンテナエレメントと、このアンテナエレメントに給電
する給電ピンであって、弾性体から形成されると共に、
前記アンテナエレメントの誘電体基板に対する相対的移
動に対応して、アンテナエレメントに対する当接位置が
変化する給電ピンと、を有し、前記アンテナエレメント
の前記誘電体基板に対する移動に応じて、給電ピンのア
ンテナエレメントに対する当接位置が変化し、前記アン
テナエレメントの給電インピーダンスが変更されること
を特徴とする。

【００１３】このように、本発明によれば、誘電体基板
に対するアンテナエレメントのその面直方向の位置が調
整できる。アンテナエレメントの誘電体基板に対する位
置が移動すると、アンテナエレメントを含むアンテナの
等価誘電率が変化する。すなわち、アンテナエレメント
と誘電体基板との間の空気層の厚みが変化するため、誘
電体基板にアンテナエレメントを近付けると等価誘電率
が大きくなり、共振周波数が小さくなる。

【００１４】このとき、本発明では、アンテナエレメン
トの誘電体基板に対する移動に応じて給電ピンのアンテ
ナエレメントに対する当接点、すなわちアンテナエレメ
ントに対する給電点が移動する。例えば、等価誘電率が
高くなった場合には、給電点がアンテナエレメントの中
心に向けて移動する。そこで、給電点を移動しない場合
には、大きくなる給電インピーダンスを小さくすること
ができ、給電ラインとアンテナエレメントとのインピー
ダンス整合を維持することができる。

【００１５】特に、給電点の移動は、アンテナエレメン
トと誘電体基板の相対的移動に応じて行われるため、予
め設定したとおりの給電点の移動が行える。そこで、イ
ンピーダンスが変化しないように調整することが容易で
ある。

【００１６】このようなアンテナエレメントと誘電体基
板の相対位置の調整によって、アンテナの共振周波数の
ばらつきの調整が容易に行える。また、この構成では、
比較的広範囲の共振周波数の調整が行えるため、周波数
帯の比較的近接した異なる通信システムにおいて、アン
テナを共通利用することもできる。例えば、共振周波数
の調整によって、１．５７５ＧＨｚ帯のＧＰＳと、１．
５ＧＨｚデジタル携帯電話システム用の両方のアンテナ
に切り換え利用することもできる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に好適な実施の形態
（以下、実施形態という）について、図面に基づいて説
明する。

【００１８】「第１実施形態」図１は、本実施形態のマ
イクロ波アンテナの全体構成を示す斜視図、図２は断面
図、図３は要部の拡大図である。

【００１９】円板状の誘電体ケース１０は、中央部が円
筒状にくり貫かれた容器状の形状を有している。そし
て、誘電体ケース１０の内周面にはネジ部１０ａが設け
られている。また、誘電体ケース１０の裏側底面には、
グランド電極１２が形成されている。

【００２０】誘電体ケース１０のネジ部１０ａには、誘
電体キャップ１４のネジ部１４ａがねじ込まれる。ま
た、誘電体キャップ１４の上側表面には、パッチ電極１
６が形成されている。この誘電体キャップ１４は、その
中央部がくり貫かれた円筒状であり、この円筒の外周部
がネジ部１４ａになっている。また、中央部がくり貫か
れているため、パッチ電極１６は、その中央部分の裏面
が露出されている。

【００２１】そして、誘電体キャップ１４を回転するこ
とによって、誘電体キャップ１４の誘電体ケース１０に
対する位置が調整され、これによってパッチ電極１６の
誘電体ケース１０に対する位置が調整される。

【００２２】一方、誘電体ケース１０の底板の所定部位
には、給電ピン穴が設けられ、ここに給電ピン１８が挿
入配置されている。なお、グランド電極１２にも開口が
設けられており、給電ピン１８がグランド電極１２に接
触しないようになっている。

【００２３】そして、給電ピン１８の先端部１８ａは円
弧状に曲げられており、先端部１８ａの最上端がパッチ
電極１６の裏面に当接されている。また、給電ピン１８
は、導電性の金属で形成されており、弾性を有してい
る。

【００２４】そこで、誘電体キャップ１４をねじ込ん
で、パッチ電極１６と誘電体ケースの底面との距離が小
さくなると、給電ピン１８が斜めになるように、給電ピ
ン１８が折れ曲がり、これによって給電ピン１８とパッ
チ電極１６との当接点、すなわち給電点が移動する。

【００２５】本実施形態では、給電ピン１８は、パッチ
電極１６によって押されることにより給電点が中心に向
けて移動するようになっている。これは、給電ピン１８
を予め若干中心に向けて曲げておくことなどによって、
容易に調整できる。また、パッチ電極１６の裏面に傾斜
を形成すること等によっても給電点の移動方向を制御で
きる。

【００２６】このように、本実施形態によれば、パッチ
電極１６と誘電体ケース１０との距離を調整すると、パ
ッチ電極１６への給電点が自動的に変更される。そこ
で、この変更量をパッチ電極１６の移動に応じたパッチ
電極１６の給電点から見たインピーダンスの変化を補償
できるように設定しておくことで、共振周波数の調整に
よる給電インピーダンス変化を補償することができる。

【００２７】すなわち、パッチ電極１６が誘電体ケース
から遠いときの中心から給電点までの距離をｌに設定し
ておき、この時の給電点から見たパッチ電極１６のイン
ピーダンスを５０Ωに設定しておく。そして、誘電体キ
ャップ１４を誘電体ケース１０にねじ込むことによっ
て、パッチ電極１６と誘電体ケース１０の距離が小さく
なると、空気層の厚さが小さくなり、アンテナの等価比
誘電率εｒが大きくなる。これによって、アンテナのＱ
が高くなり、そのままであるとパッチ電極１６の給電イ
ンピーダンスが高くなる。例えば、給電ラインが５０Ω
の同軸給電線であった場合、当初の給電点位置において
インピーダンス整合がとれていたが、パッチ電極１６の
インピーダンスの上昇に伴い、給電点におけるインピー
ダンス整合がとれなくなる。

【００２８】しかし、本実施形態では、このとき給電点
が、中心に近づき、パッチ電極１６の給電インピーダン
スが低くなるように調整される。そこで、共振周波数の
調整に伴い、給電インピーダンスが自動調整され、イン
ピーダンス不整合の発生を防止して、容易に比誘電率を
調整して、アンテナの共振周波数を調整することができ
る。なお、パッチ電極１６が反対方向に移動した場合に
も同様の共振周波数の調整に対応するインピーダンスの
補償が行われる。

【００２９】「第２実施形態」図４、５は、本発明の第
２実施形態の構成を示している。本実施形態では、誘電
体ケース１０の中央部に貫通孔が設けられ、誘電体ケー
ス１０の内周面にネジ部１０ａが形成されている。そし
て、このネジ部１０ａに誘電体の調整プレート２０がね
じ込まれている。従って、調整プレート２０を回すこと
によって、調整プレート２０が誘電体ケース１０内を上
下する。なお、誘電体ケース１０の裏面及び調整プレー
ト２０の裏面にはグランド電極１２が形成されている。

【００３０】一方、誘電体ケース１０の表面上には、そ
の貫通孔を覆うように平板状のパッチ電極１６が配置さ
れている。このパッチ電極１６は、その厚さが厚めに設
定されており、その内部に給電ピン１８を収容するため
の給電ピン収容溝１６ａが形成されている。この給電ピ
ン収容溝１６ａは、半径方向の溝である。

【００３１】そして、給電ピン１８は、その先端が給電
ピン収容溝１６ａに挿入され、給電ピン収容溝１６ａの
内部で上方に向けて押し付け接触されている。すなわ
ち、給電ピン１８は、図５に示すように、金属製のキャ
ップ１８０と、このキャップ１８０に固定された樹脂製
で円板状の当接部材１８２と、この当接部材１８２に対
し所定の間隔をあけて配置され、調整プレート２０に支
持される当接部材１８４と、２つの当接部材１８２、１
８４間に圧縮状態で配置されたコイルスプリング１８６
から構成されている。そして、給電ピン本体１８８がキ
ャップ１８０内に摺動自在に挿入配置されている。

【００３２】従って、キャップ１８０の先端は、コイル
スプリング１８６の付勢力によって、パッチ電極１６に
常時押し付けられる。そして、キャップ１８０と給電ピ
ン本体１８８は、接触状態で相対的に摺動移動する。そ
こで、キャップ１８０と給電ピン本体１８８との電気的
導通は常に保たれる。

【００３３】そして、調整プレート２０には、給電ピン
本体１８８が貫通する斜め溝２０ａが設けられている。
この斜め溝２０ａは、円周方向に所定の長さ伸びると共
に、半径方向の位置が徐々に変化する。すなわち、この
斜め溝２０ａの一端は中心から最も遠いｌの位置にあ
り、他端は中心に近いｌ’の位置にある。

【００３４】給電ピン１８の給電ピン本体１８８は、斜
め溝２０ａにガイドされており、キャップ１８０は、給
電ピン収容溝１６ａに収容されている。従って、調整プ
レート２０を回転した場合に、給電ピン１８は、斜め溝
２０ａと給電ピン収容溝１６ａの交差する点に位置決め
される。すなわち、調整プレート２０は、その回転に伴
い、誘電体ケース１０内を上下移動し、かつ調整プレー
ト２０の回転に伴い給電ピン１８が半径方向に移動する
ことになる。

【００３５】そして、本実施形態では、調整プレート２
０を回転して、調整プレート２０とパッチ電極１６の距
離が近づいた場合、斜め溝２０ａにより、給電ピン１８
が中心側に移動する。そこで、パッチ電極１６に対する
給電点が中心側に移動する。これによって、上述した第
１実施形態と同様に、パッチ電極１６を含むアンテナの
等価比誘電率が高くなる。従って、アンテナ共振周波数
を小さくした場合に、給電点が中心側に移動し、インピ
ーダンスを下げることができ、共振周波数を調整しても
給電インピーダンスが変化することが防止される。

【００３６】なお、本実施形態では、パッチ電極１６を
比較的厚く形成し、かつその裏面には給電ピン収容溝１
６ａを形成した。しかし、パッチ電極に流れる電流は、
基本的にその表面にのみ流れるため、アンテナの機能に
問題は生じない。さらに、パッチ電極１６は、誘電体ケ
ース１０に固定される。この固定には、誘電率が低いシ
リコン系、ポリイミド系、フッ素系の接着剤を用いるの
が好適である。

【００３７】「実施形態の効果」以上のように、第１及
び第２実施形態によれば、パッチ電極１６と誘電体ケー
ス１０の距離を変更して、共振周波数を調整したとき
に、パッチ電極１６に対する給電点位置を自動的に調整
できる。そこで、パッチ電極１６のインピーダンスが変
化するのを防止でき、給電ラインとのインピーダンス整
合をとりつつ、共振周波数を調整することができる。

【００３８】このように、本実施形態では、アンテナの
共振点とインピーダンスの双方を調整できる。このた
め、比較的広範囲の共振周波数の調整が可能である。そ
こで、本アンテナをＧＰＳと、１．５ＧＨｚデジタル携
帯電話等のアンテナの両方に適用することができる。す
なわち、ねじ込み量を調整するだけで、ある場合にはＧ
ＰＳ用のアンテナとし、別の場合には１．５ＧＨｚデジ
タル携帯電話用のアンテナに利用できる。これによっ
て、アンテナの汎用性が高くなり、量産が容易になり、
アンテナのコストダウンが達成できる。なお、量産時の
ねじ込み量調整を行うには、ある程度の目印を付けた
り、移動を仮りにロックする機構などを設けるとよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施形態のマイクロ波アンテナの構成を
示す斜視図である。

【図２】 同実施形態の断面図である。

【図３】 同実施形態の要部拡大図である。

【図４】 第２実施形態のマイクロ波アンテナの構成を
示す図である。

【図５】 同実施形態における給電ピンの要部構成を示
す図である。

【符号の説明】

１０ 誘電体ケース、１２ グランド電極、１４ 誘電
体キャップ、１６ パッチ電極、１８ 給電ピン、２０
調整プレート。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−222502（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−50516（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−294107（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−90828（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−168102（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−53732（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−23222（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−37228（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−1604（ＪＰ，Ｕ) 実開 平１−74612（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01Q 13/08 H01Q 1/24 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平面状のアンテナエレメントを誘電体基
   板に対しアンテナエレメントの面直方向において位置調
   整可能に配置すると共に、前記アンテナエレメントに当
   接給電する給電ピンを設けたマイクロ波アンテナの共振
   周波数調整方法において、 前記アンテナエレメントの誘電体基板に対する相対的位
   置移動に応じて、給電ピンとアンテナエレメントの当接
   位置を変化させ、給電位置から見たアンテナエレメント
   の給電インピーダンスを調整することを特徴とするアン
   テナの共振周波数調整方法。
2. 【請求項２】 誘電体基板と、 この誘電体基板に対し、その面直方向において相対的位
   置が調整可能に設けられた平面状のアンテナエレメント
   と、 このアンテナエレメントに給電する給電ピンであって、
   弾性体から形成されると共に、前記アンテナエレメント
   の誘電体基板に対する移動に対応して、アンテナエレメ
   ントに対する当接位置が変化する給電ピンと、 を有し、 前記アンテナエレメントの前記誘電体基板に対する相対
   的移動に応じて、給電ピンのアンテナエレメントに対す
   る当接位置が変化し、前記アンテナエレメントの給電イ
   ンピーダンスが変更されることを特徴とするマイクロ波
   アンテナ。