JP4508826B2 - パッチアンテナ - Google Patents

Description

本発明は、パッチアンテナに関し、特に、人工衛星からの電波（以下「衛星波」とも呼ぶ。）または地上での電波（以下「地上波」とも呼ぶ。）を受信してデジタルラジオ放送を聴取することが可能なデジタルラジオ受信機用のアンテナとして使用されるパッチアンテナに関する。

近時、衛星波または地上波を受信して、デジタルラジオ放送を聴取可能にしたデジタルラジオ受信機が開発され、米国において実用化されている。このデジタルラジオ受信機は、自動車等の移動局に搭載され、周波数が約２．３ＧＨｚ帯の電波を受信してラジオ放送を聴取することが可能である。すなわち、デジタルラジオ受信機は、モバイル放送を聴取することが可能なラジオ受信機である。受信電波の周波数が約２．３ＧＨｚなので、そのときの受信波長（共振波長）λは約１２８．３ｍｍである。尚、地上波は、衛星波を一旦、地球局で受信した後、周波数を若干シフトし、直線偏波で再送信したものである。

このようにデジタルラジオ放送では、約２．３ＧＨｚ帯の周波数の電波が使用されるので、それを受信するアンテナは室外に設置しなければならない。したがって、デジタルラジオ受信機を自動車に搭載する場合には、そのアンテナを自動車の屋根に取り付けなければならない。

この種のアンテナは、広い指向性を持つことが必要である。何故なら、デジタル受信機では、仰角が２０°〜６０°の範囲にある比較的低仰角の人工衛星から到来する衛星波を受信する必要があるからである。また、地上波はその仰角が実質的に０°であるからである。

一般に、パッチアンテナなような平面型（平板型）アンテナはその指向性が狭いので、この種のアンテナとしては不向きであると考えられていた。しかしながら、たとえパッチアンテナであっても、面積の広いグランド板（アース板）を使用することにより、アンテナ指向性が広がることが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特に、デジタルラジオ受信機を自動車に搭載する場合、上述したように、そのアンテナを自動車の屋根に取り付ける。この場合、自動車の屋根自体がグランド板として働くので、パッチアンテナでも十分にデジタルラジオ受信機用のアンテナとして使用することが可能であることが確認されている。

一方、デジタルラジオ放送を自動車の車内だけでなく、例えば、ＣＤラジカセなどのような可搬型音響電子機器からも聴取したいという要求もある。この要求に答えるために、可搬型音響電子機器の筐体の天面に設けられた、光ディスクを着脱するための開閉可能な扉式の蓋内に、パッチアンテナを搭載することが提案されている。この場合、パッチアンテナの下にグランド板（アース板）を設ける必要がある。

また、平面アンテナの一種にマイクロストリップアンテナがある。このマイクロストリップアンテナとして、地板の天面の辺縁部に無給電素子を設けたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

尚、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）等に用いられる小型平面パッチアンテナも知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−１６３５２１号公報 特開平１１−２８４４２９号公報 特開平７−９４９３４号公報

上述したように、パッチアンテナにおいて、低仰角におけるアンテナ指向性を稼ぐためには面積の大きなグランド板を使用する必要がある。しかしながら、グランド板を設けるのみでは、その大きさによってパッチアンテナのアンテナ指向性が一意に決定されてしまい、それ以上に低仰角におけるアンテナ指向性を稼ぐことは困難である。

一方、特許文献２は、地板の天面に無給電素子を設けているが、それは地導体の端部からの回折波を阻止するためのものである。この特許文献２に記載のものでも、アンテナ特性を改善することは可能である。しかしながら、天面に無給電素子を設ける構造では、放射素子への干渉が大きくなってしまう。また、高さ方向への調整が不可能であるため、所望のアンテナ特性を満足できない場合が発生する。

したがって、本発明の課題は、低仰角におけるアンテナ指向性を確保することができるパッチアンテナを提供することにある。

本発明の他の課題は、放射素子への干渉を小さくできるパッチアンテナを提供することにある。

本発明のさらに他の課題は、高さ方向への調整が容易に行えるパッチアンテナを提供することにある。

本発明のもっと他の課題は、アンテナ自体の寸法を大きくすることなく、天面での誘電体の面積を確保することが可能なパッチアンテナを提供することにある。

本発明によれば、天面（１２ｕ）と底面（１２ｄ）と側面（１２ｓ）とを持つ誘電体（１２）と、この誘電体の天面に形成された放射素子（１４）と、誘電体の底面に形成された接地導体（１６）と、を備えたパッチアンテナ（１０）であって、誘電体の側面に形成されたリング状の無給電素子（１８）を有し、無給電素子（１８）は、誘電体（１２）の側面(１２ｓ)の最上段に形成されており、無給電素子(１８)が、放射素子（１４）が形成される天面（１２ｕ）以下にあることを特徴とするパッチアンテナが得られる。

上記本発明によるパッチアンテナにおいて、無給電素子は、銅テープの貼り付けにより形成されても良いし、厚膜印刷により形成されても良い。

尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。

本発明では、誘電体の側面にリング状の無給電素子を設けたので、低仰角におけるアンテナ指向性を確保することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１を参照して、本発明の一実施の形態に係るパッチアンテナ１０について説明する。図１において、（ａ）はパッチアンテナ１０の斜視図、（ｂ）はパッチアンテナ１０の平面図、（ｃ）はパッチアンテナ１０の正面図、（ｄ）はパッチアンテナ１０の左側面図、（ｅ）はパッチアンテナ１０の右側面図、（ｆ）はパッチアンテナ１０の背面図、（ｇ）はパッチアンテナ１０の底面図である。

パッチアンテナ１０は、略直方体形状の誘電体１２を有する。図示の例では、誘電体１２は、長さ（縦）×幅（横）×高さが２０ｍｍ×２０ｍｍ×４ｍｍである。誘電体１２はセラミック材料や樹脂から成る。誘電体１２は、天面１２ｕと底面１２ｄと側面１２ｓとを持つ。実際には、図１に示されるように、誘電体１２の側面１２ｓの角が面取りされている。

誘電体１２の天面１２ｕには放射素子１４が形成されている。誘電体１２の底面１２ｄには接地導体１６が形成されている。尚、１５は給電点である。

誘電体１２の側面１２ｓにはリング状の無給電素子１８が形成されている。図示の例では、無給電素子１８は、誘電体１２の側面１２ｓの最上段に形成されている。また、図示の例では、無給電素子１８は、銅テープの貼り付けにより形成されている。銅テープの幅は１ｍｍである。尚、この代わりに、無給電素子１８は、厚膜印刷により形成されても良い。

図２に図１に示したリング状の無給電素子１８を有するパッチアンテナ１０のアンテナ放射特性を示し、図３にリング状の無給電素子が無い従来のパッチアンテナのアンテナ放射特性を示す。図２および図３は、パッチアンテナを４フィート（約１２０ｃｍ）四方のグランド板の中央に置いた場合のアンテナ放射特性を示している。図２および図３の各々は、仰角が２０°、３０°、４０°、５０°、および６０°の場合の、周方向の利得特性を示している。

図２および図３から、本発明のパッチアンテナ１０の方が従来のパッチアンテナに比較して、利得が大きいことが分かる。具体的に述べると、仰角が３０°において、本発明のパッチアンテナ１０の平均利得は、従来のパッチアンテナよりも２．１０［ｄＢ］だけ大きい。

このように、本発明では、無給電素子１８を天面１２ｕではなく、側面１２ｓに設けているので、放射素子１４への干渉を小さくすることができる。また、無給電素子１８の幅や位置を高さ方向に調整することによって、容易に低仰角におけるアンテナ特性を調整することができる。さらに、天面１２ｕにおける誘電体１２の面積が変化しないので、アンテナの寸法を大きくする必要はない。

以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。

本発明の一実施の形態に係るパッチアンテナの構成を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は正面図、（ｄ）は左側面図、（ｅ）は右側面図、（ｆ）は背面図、（ｇ）は底面図である。 図１に示したパッチアンテナを４フィート四方のグランド板の中央に載せた場合のアンテナ放射特性を示す図である。 従来のパッチアンテナを４フィート四方のグランド板の中央に載せた場合のアンテナ放射特性を示す図である。

符号の説明

１０ パッチアンテナ
１２ 誘電体
１２ｕ 天面
１２ｄ 底面
１２ｓ 側面
１４ 放射素子
１６ 接地導体
１８ 無給電素子

Claims (3)

1. 天面と底面と側面とを持つ誘電体と、該誘電体の前記天面に形成された放射素子と、前記誘電体の前記底面に形成された接地導体と、を備えたパッチアンテナであって、前記誘電体の前記側面に形成されたリング状の無給電素子を有し、
   前記無給電素子が、前記誘電体の前記側面の最上段に形成されており、
   前記無給電素子が、前記放射素子が形成される天面以下にあることを特徴とするパッチアンテナ。
2. 前記無給電素子が、銅テープの貼り付けにより形成されている、請求項１に記載のパッチアンテナ。
3. 前記無給電素子が、厚膜印刷により形成されている、請求項１に記載のパッチアンテナ。

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