JP4611646B2

JP4611646B2 - アンテナ装置

Info

Publication number: JP4611646B2
Application number: JP2004019797A
Authority: JP
Inventors: 健飯塚; 兼成草薙
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-01-28
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-01-28
Also published as: US7129896B2; CN1649207A; JP2005217608A; US20050162317A1

Description

本発明はアンテナ装置に関し、特に、地上波のみならず人工衛星からの電波の受信にも適した小型アンテナ装置に関する。

人工衛星からの電波（以下、衛星波と呼ぶ）を受信するアンテナ装置としては、例えばＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）アンテナ装置が良く知られている。

車載用通信端末あるいは携帯用通信端末のためのＧＰＳアンテナ装置には小型化が要求されており、その一例を図５を参照して説明する。図５は小型平面パッチアンテナ装置の一例を示す。この小型平面パッチアンテナ装置５０は、樹脂やセラミック材料で形成された誘電体５１と、誘電体５１の天面に形成された放射素子５２とを含む。誘電体５１の底面には接地導体（図示せず）が形成されている。誘電体５１の底面には更に接地導体と電気的に接続した状態で接地用基板５３が設けられる（例えば、特許文献１参照）。

図示は省略しているが、この種のアンテナ装置においては、通常、放射素子５２に給電点（図示せず）が設定される。この給電点には誘電体５１、接地用基板５３に設けられた貫通孔を通して給電用導体が接続され、給電用導体は接地用基板５３の底面側から導出される。

図６（ａ）、図６（ｂ）は、この種のＧＰＳアンテナ装置のマッチング周波数、垂直放射パターン特性を示す。マッチング周波数は１．９２７（ＧＨｚ）、利得２．３７２（ｄＢｉ）である。

ここで、ＧＰＳ衛星からの周波数は約１．５７５（ＧＨｚ）であるので、ＧＰＳアンテナ装置のマッチング周波数を約１．５７（ＧＨｚ）の近傍に調整することにより、高い受信特性を得ることができる。これに対し、これまでのＧＰＳアンテナ装置では、マッチング周波数を低くする方にシフトさせる場合、例えば誘電体として高誘電率の材料を用いたり、誘電体のサイズを大きくする等の方法が採用されている。

しかしながら、高誘電率の材料を用いることはコストアップにつながる。一方、誘電体のサイズを大きくするとアンテナ装置全体のサイズが大きくなるので小型化の要求に反することになる。

特開２００２−１９８７２５号公報

本発明の課題は、全体のサイズを大きくすることなく、マッチング周波数を低い方にシフトさせることのできるアンテナ装置を提供することにある。

本発明の他の課題は、構成要素の材料を変えることなく、マッチング周波数を低い方にシフトさせることのできるアンテナ装置を提供することにある。

本発明によれば、天面と底面と側面とを持つ誘電体（１１）と、この誘電体の底面に形成された接地導体と、前記誘電体の天面と側面とに一体的に形成された放射素子（１２）とを含むことを特徴とするアンテナ装置が提供される。

上記本発明によるアンテナ装置においては、前記天面に形成された放射素子は天面全域にあり、前記側面に形成された放射素子は前記天面から下方に向けて前記底面の直前まで延びて前記接地導体とは電気的に導通しないようにされている。

上記本発明によるアンテナ装置においてはまた、前記側面に形成された放射素子には、少なくとも１つの側面に放射素子の下端縁から上方に向けて少なくとも１つのスリット（１２ａ）が形成されていても良い。

上記本発明によるアンテナ装置においてはまた、前記底面に形成された接地導体側に導電性材料による接地用基板（１３）が設けられている。

上記本発明によるアンテナ装置においては更に、前記接地用基板の上面側には前記接地導体に対応する領域以外の領域に絶縁層（１４）が形成され、この絶縁層上及び前記誘電体の側面には、前記側面に形成された放射素子の下端縁の近傍まで延びる導体パターン（１５）が形成されて電磁結合による給電が行われるように構成されている。

なお、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。

本発明によれば、全体のサイズを大きくすることなくマッチング周波数を低い方にシフトさせることができる。また、高誘電率を持つ誘電体を使用することなく、汎用の誘電体材料を使用してマッチング周波数を低い方にシフトさせることができる。つまり、本発明によれば、従来よりも低いマッチング周波数を持つアンテナ装置をコストアップ無しでしかも小型化の要求を満足しつつ実現することができる。

図１、図２を参照して、本発明によるアンテナ装置の第１の実施の形態について説明する。図１において、第１の実施の形態によるアンテナ装置１０は、天面と底面と側面とを持つ誘電体１１と、誘電体１１の底面に形成された接地導体（図示せず）と、誘電体の天面と側面とに一体的に形成された放射素子１２とを含む。特に、放射素子１２は、天面においては全域に形成され、側面においては天面から下方に向けて底面の直前まで延びて接地導体とは電気的に導通しないように形成されている。

底面に形成された接地導体側には導電性材料による接地用基板１３が設けられている。本形態では特に、接地用基板１３の上面側には接地導体に対応する領域以外の領域に絶縁層（あるいは膜）１４が形成されている。そして、絶縁層１４上及び誘電体１１の側面には、接地用基板１３の端縁部から、側面に形成されている放射素子１２の下端縁の近傍まで延びる導体パターン１５が形成されている。導体パターン１５は、放射素子１２との間で電磁結合による給電を行うためのものである。このため、導体パターン１５は、接地用基板１３とは電気的に接続しないようにされている。

以上のように、誘電体１１の天面全域と側面のほぼ全域に放射素子１２を一体的に形成するようにしたことにより、図３に示すように、マッチング周波数は１．５９３２５（ＭＨｚ）、利得１．８５７（ｄＢｉ）となる。これは、図５で説明したアンテナ装置の１．９２７（ＧＨｚ）に比べて３３３．７５（ＭＨｚ）だけ低くなる方にシフトさせることができたことになる。勿論、この値は、アンテナ装置の全体のサイズが、図５の従来のアンテナ装置と同じ場合である。

加えて、本形態によるアンテナ装置１０においては、低仰角、特に０°に近い低仰角での受信特性がやや改善されている。これは、図３（ｂ）に示されている第１の実施の形態による放射パターンと、図６（ｂ）に示されている図５で説明したアンテナ装置による放射パターンとの比較により明らかである。低仰角での受信特性が改善されるということは、本形態によるアンテナ装置をＧＰＳアンテナ装置ではなく、例えば、最近開発されている衛星波あるいは地上波によるデジタルラジオ受信機用のアンテナ装置として使用した場合に有効である。これは、この種のデジタルラジオ受信機では、低仰角での受信を要求される場合があるからである。

図２は、本発明によるアンテナ装置の第２の実施の形態を示す。本第２の実施の形態によるアンテナ装置１０´は、第１の実施の形態によるアンテナ装置１０と以下の点において異なる。放射素子１２のうち、誘電体１１の側面に形成された放射素子には、少なくとも１つの側面に放射素子の下端縁から上方に向けてスリット１２ａが形成されている。図２では、誘電体１１の４つの側面のうち、導体パターン１５との電磁結合が行われる側面を除く３つの側面における放射素子にそれぞれスリット１２ａが形成されている。但し、図２では、作図上、１つの側面における１つのスリット１２ａのみが示されている。なお、スリット１２ａは、１つ以上の側面の放射素子に形成されれば良く、１つの側面の放射素子に間隔をおいて複数個形成されても良い。

以上のように、誘電体１１の天面全域と側面のほぼ全域に放射素子１２を一体的に形成すると共に、側面に形成された放射素子には１つ以上のスリット１２ａを形成するようにしたことにより、図４に示すように、マッチング周波数は１．５５７４２（ＧＨｚ）、利得１．６０１（ｄＢｉ）となる。これは、第１の実施の形態によるアンテナ装置１０の１．５９３２５（ＧＨｚ）に比べて更に、３５．８３（ＭＨｚ）だけ低くなる方にシフトさせることができたことになる。勿論、この値も、アンテナ装置の全体のサイズが、図５の従来のアンテナ装置と同じ場合である。

以上、本発明について好ましい２つの実施の形態によって説明したが、本発明は上述した実施の形態に限定されないのは言うまでも無い。例えば、上記の第１、第２の実施の形態において説明したアンテナ装置は、ＧＰＳアンテナ装置に適しているが、これに限定されるわけではなく、他の衛星波、地上波を受信するための移動体通信用の小型アンテナ装置としても適用可能である。

本発明の第１の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図である。本発明の第２の実施の形態によるアンテナ装置の斜視図である。図１に示されたアンテナ装置のマッチング周波数、垂直放射パターンの特性例を示した図である。図２に示されたアンテナ装置のマッチング周波数、垂直放射パターンの特性例を示した図である。従来のアンテナ装置の一例を示した斜視図である。図５に示されたアンテナ装置のマッチング周波数、垂直放射パターンの特性例を示した図である。

符号の説明

１０、１０´、５０アンテナ装置
１１、５１誘電体
１２、５２放射素子
１３、５３接地用基板
１４絶縁層
１５給電用の導電パターン

Claims

天面と底面と側面とを持つ誘電体と、
前記誘電体の前記底面に形成された接地導体と、
前記誘電体の前記天面と前記側面とに一体的に形成された放射素子と、
を含み、
前記天面に形成された放射素子は天面全域にあり、前記側面に形成された放射素子は前記天面から下方に向けて前記底面の直前まで延びて前記接地導体とは電気的に導通しないようにされており、
前記底面に形成された接地導体側に導電性材料による接地用基板が設けられ、
前記接地用基板の上面側には前記接地導体に対応する領域以外の領域に絶縁層が形成され、該絶縁層上及び前記誘電体の１つの側面には、前記１つの側面に形成された放射素子の下端縁の近傍まで延びる導体パターンが形成されて電磁結合による給電が行われるように構成され、
前記誘電体の前記１つの側面を除く３つの側面に形成された放射素子にはそれぞれその下端縁から上方に向けて少なくとも１つのスリットが形成されていることを特徴とするアンテナ装置。