JP5053659B2 - パッチアンテナ - Google Patents

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Description

本発明は、パッチアンテナに関するものである。
特許文献1においてパッチアンテナが開示されている。このパッチアンテナを詳しく説明する。図7に示すように、地板用基板(プリント基板)100に対しアンテナエレメント用導電性板材101が離間して対向配置され、アンテナエレメント用導電性板材101においてその中央部に透孔(スリット)102が設けられている。ここで、アンテナエレメント用導電性板材101を地板用基板100に支えるための支持構造として、アンテナエレメント用導電性板材101における内周(透孔102の周端)上に給電端子103及び地板用基板100への固定用端子104を設け、それぞれの端子103,104を地板用基板100の方向に折り曲げて地板用基板100のグランドパターンに非導通状態で固定している。これによって、地板用基板100に対するアンテナエレメント用導電性板材101の固定が容易となると共に、固定用端子104がインダクタとして働くことで共振周波数が下がり、アンテナを小型化できる。また、他にも、図8に示すように、アンテナエレメント用導電性板材101における内周(透孔102の周端)付近において固定用端子105を地板用基板100の方向に折り曲げて形成して地板用基板100のグランドパターンに非導通状態で固定している。
このようにして、特許文献1においては、アンテナエレメント用導電性板材101に透孔102を設け、透孔102の周端に1つ給電端子103を設置している。透孔102で小型化を、透孔102の周端に給電部を設けることで作りやすさを向上している。
特開2006−128898号公報
特許文献1においては、小型化のため、アンテナエレメント用導電性板材101の中央に透孔102を設けているが、給電点を確保しなければならないため、小型化することが困難である。通常のパッチアンテナはアンテナエレメント用導電性板材101の中央に発生する高周波電流は弱く、外周に強く発生するが、中央に透孔102があるため、透孔102の辺上(周端)に高周波電流が発生してしまう。詳しく説明すると、図9にはパッチアンテナの平面図におけるシミュレーションによる高周波電流の流れを示すが、透孔の辺上(周端)に高周波電流が流れている。それゆえ、図7,8のように透孔102の辺上(周端)またはその付近に金属を利用した取付脚(104,105)を設置すると、取付脚(104,105)上に高周波電流iが流れ込み利得低下の要因になる。
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、新規な構成にて小型化に優れるとともに、固定部材を用いた場合のアンテナ性能に与える影響を極力抑えることができるパッチアンテナを提供することにある。
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、地板と、方形をなし、前記地板に離間した状態で地板と対向して配置され、方形を構成する4つの辺の中点位置が切り取られた切欠部が形成されたアンテナエレメント用導電性板材と、前記アンテナエレメント用導電性板材での隣接する切欠部における周端に配置され、前記アンテナエレメント用導電性板材の一部を前記地板側に折り曲げることにより構成された2つの給電端子と、前記方形のアンテナエレメント用導電性板材での対角線上に配置され、前記地板とアンテナエレメント用導電性板材とを固定するための固定部材と、を備えたことを要旨とする。
請求項1に記載の発明によれば、方形のアンテナエレメント用導電性板材における4つの辺の中点位置に切欠部を形成することにより小型化を図ることができる。また、地板とアンテナエレメント用導電性板材とを固定するための固定部材は、方形のアンテナエレメント用導電性板材での対角線上に配置されているので、利得低下を抑制することができる。また、2つの給電端子はアンテナエレメント用導電性板材での隣接する切欠部における周端に配置され、かつ、アンテナエレメント用導電性板材の一部を地板用基板側に折り曲げることにより構成されているので、容易に給電端子を形成することができる。
請求項2に記載のように、請求項1に記載のパッチアンテナにおいて、前記固定部材は、前記地板とアンテナエレメント用導電性板材の間に介在され、電気絶縁性を有するスペーサーと、前記アンテナエレメント用導電性板材を通して前記スペーサーに螺合する第1のネジと、前記地板を通して前記スペーサーに螺合する第2のネジと、を有するものとしてもよい。
請求項3に記載のように、請求項1に記載のパッチアンテナにおいて、前記固定部材は、前記アンテナエレメント用導電性板材の一部を前記地板用基板側に折り曲げることにより構成してもよい。
請求項4に記載のように、請求項1〜3のいずれか1項に記載のパッチアンテナにおいて、前記固定部材を、前記方形のアンテナエレメント用導電性板材における両対角線の交点に配置すると、高周波電流が流れにくく利得低下をより抑制することができる。
(第1の実施の形態)
以下、本発明を具体化した第1の実施形態を図面に従って説明する。
図1には本実施形態におけるパッチアンテナ1を示し、図1(a)はパッチアンテナ1の平面図であり、図1(b)はパッチアンテナ1の正面図であり、図1(c)は図1(a)のA−A線での縦断面図である。図2は同じくパッチアンテナ1の分解斜視図である。本パッチアンテナ1は、例えば、RFID用に使用することができる。
図2に示すように、パッチアンテナ1は、地板2と、アンテナエレメント用導電性板材3と、この両部材2,3間に配置されるスペーサー(台座)4a,4b,4c,4dと、締結部材としてのネジ5a,5b,5c,5d,6a,6b,6c,6dと、給電端子(給電線)7a,7bと、コネクタ8a,8b(図1参照)から構成されている。
地板2は正方形の金属板よりなり、具体的には鉄板または銅板よりなる。地板2は、図1に示すように水平方向に延びるようにして、即ち、横にして配置されている。アンテナエレメント用導電性板材3は金属板よりなり、具体的には鉄板または銅板よりなる。
アンテナエレメント用導電性板材3は全体の形状として正方形をなし、縦横のサイズは地板2よりも小さい。正方形をなすアンテナエレメント用導電性板材3の各辺を、So1,So2,So3,So4とする。アンテナエレメント用導電性板材3は、地板2の上方において地板2に離間した状態で、地板2と対向して配置されている。
図1(a)の平面図において、正方形をなすアンテナエレメント用導電性板材3における外周端3aの各辺So1,So2,So3,So4には切欠部(開口部)10a,10b,10c,10dが形成されている。各切欠部10a,10b,10c,10dは、板材3における各辺So1,So2,So3,So4の中点に形成されている。各切欠部10a,10b,10c,10dは、正方形または長方形をなし、方形を構成する4つの辺So1,So2,So3,So4の中点位置からアンテナエレメント用導電性板材3の中心に向かって延びている。
アンテナエレメント用導電性板材3における切欠部(開口部)10a,10dの周端において給電端子7a,7bが下方に延びている。詳しくは、給電端子7aは切欠部10aの周端における辺So1と平行な辺において中点位置に設けられ、また、給電端子7bは切欠部10dの周端における辺So4と平行な辺において中点位置に設けられている。この給電端子7a,7bは三角形の帯板状をなし、アンテナエレメント用導電性板材3の一部を折り曲げることにより形成したものである。
スペーサー4a,4b,4c,4dに関して、4つのスペーサー4a,4b,4c,4dにより地板2とアンテナエレメント用導電性板材3とが所定の間隔を隔てて離間した状態で対向配置されている。スペーサー4a,4b,4c,4dは筒状をなし、スペーサー4a,4b,4c,4dの内面(筒材の内面)は雌ネジ部となっており、ネジ5a,5b,5c,5d,6a,6b,6c,6dを螺入することができるようになっている。スペーサー4a,4b,4c,4dは絶縁材料よりなり、具体的にはABS樹脂製である。
図2に示すように、アンテナエレメント用導電性板材3には、4つの透孔11a,11b,11c,11dが形成されている。透孔11a,11b,11c,11dは、図1(a)に示すように、正方形のアンテナエレメント用導電性板材3の対角線L1,L2上に形成されている。詳しくは、正方形のアンテナエレメント用導電性板材3の角と、対角線L1,L2の交点との中間位置に設けられている。
図2に示すように、地板2においても、アンテナエレメント用導電性板材3の透孔11a,11b,11c,11dと対応する位置に透孔12a,12b,12c,12dが形成されている。
ネジ5a,5b,5c,5dがアンテナエレメント用導電性板材3を通してスペーサー4a,4b,4c,4dに螺合していると共にネジ6a,6b,6c,6dが地板2を通してスペーサー4a,4b,4c,4dに螺合している。詳しくは、ネジ5a,5b,5c,5d,6a,6b,6c,6dが、アンテナエレメント用導電性板材3と地板2を貫通する状態でスペーサー4a,4b,4c,4dに螺入され、地板2とアンテナエレメント用導電性板材3とが固定されている。つまり、地板2の上にスペーサー4a,4b,4c,4dを載せ、更にその上にアンテナエレメント用導電性板材3を配置し、アンテナエレメント用導電性板材3の上側からネジ5a,5b,5c,5dをアンテナエレメント用導電性板材3に設けた透孔11a,11b,11c,11dを通してスペーサー4a,4b,4c,4dの雌ネジ部に螺入するとともに、地板2の下側からネジ6a,6b,6c,6dを地板2に設けた透孔12a,12b,12c,12dを通してスペーサー4a,4b,4c,4dの雌ネジ部に螺入することにより、地板2とアンテナエレメント用導電性板材3とが固定されている。
また、図2に示すように、地板2には透孔13a,13bが形成され、この透孔13a,13bを通して給電端子7a,7bが地板2の下面に突出している。図1(b)に示すように、地板2の下面にはコネクタ8a,8bが設置され、給電用コネクタ8a,8bは給電端子7a,7bと接続されている。図1(a)に示すように、給電端子7a,7bの基端(折曲部)が給電点P1,P2となっている。
本実施形態においては、スペーサー4a,4b,4c,4dとネジ5a,5b,5c,5dとネジ6a,6b,6c,6dにより一組の固定部材が構成され、4つのスペーサー4a,4b,4c,4dと4つのネジ5a,5b,5c,5dと4つのネジ6a,6b,6c,6dにより、地板2とアンテナエレメント用導電性板材3とを固定するための複数の固定部材が構成されている。この固定部材が、地板2とアンテナエレメント用導電性板材3とが非導通状態となるように配置されている。つまり、電気絶縁性を有するスペーサー4a,4b,4c,4dを用いてネジ5a,5b,5c,5d,6a,6b,6c,6dを螺入する方式を採っており、地板2とアンテナエレメント用導電性板材3とは非導通状態で固定されている。
このように、全体形状として方形のアンテナエレメント用導電性板材3には切欠部(開口部)10a,10b,10c,10dが形成され、これにより小型化が図られている。また、アンテナエレメント用導電性板材3は正方形状(上下左右対称形状)となっている。さらに、切欠部(開口部)10a,10dの辺上(周端)に互いが直交になるように給電部(給電点P1,P2)が2箇所にわたり設けられている。切欠部(開口部)10a,10b,10c,10dの配置も上下左右対称の位置となっている。
図6には、パッチアンテナの平面図におけるシミュレーションによる高周波電流の流れを示す。
図6に示すように、アンテナエレメント用導電性板材3において切欠部の辺上(周端)に給電部を設けた場合、切欠部の辺上(周端)には高周波電流が強く発生する。一方、正方形のアンテナエレメント用導電性板材3の対角線上においては高周波電流が弱くなっている。
このことを考慮して、本実施形態の図1においては、切欠部10a,10b,10c,10dの辺上(周端)には固定部材(スペーサー、ネジ)がなく、固定部材(スペーサー4a〜4d、ネジ5a〜5d,6a〜6d)がアンテナエレメント用導電性板材3の対角線L1,L2上に設けられている。詳しくは、図6における高周波電流の弱いエリア、図5で説明するならば領域A1,A2,A3,A4に設けられている。このような部位に固定部材(スペーサー4a〜4d、ネジ5a〜5d,6a〜6d)を設けることにより、高周波電流を阻害せずに性能劣化を抑えつつ固定することができる。
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)アンテナエレメント用導電性板材3は、方形を構成する4つの辺So1,So2,So3,So4の中点位置に切欠部10a,10b,10c,10dが形成され、2つの給電端子7a,7bはアンテナエレメント用導電性板材3での隣接する切欠部10a,10dにおける周端に配置され、アンテナエレメント用導電性板材3の一部を地板2側に折り曲げることにより構成され、固定部材(4a,4b,4c,4d,5a,5b,5c,5d,6a,6b,6c,6d)は方形のアンテナエレメント用導電性板材3での対角線L1,L2上に配置され、地板2とアンテナエレメント用導電性板材3とを固定している。これにより、方形のアンテナエレメント用導電性板材3における4つの辺So1〜So4の中点位置に切欠部10a〜10dを形成することにより小型化を図ることができる。また、地板2とアンテナエレメント用導電性板材3とを固定するための固定部材(スペーサー4a〜4d、ネジ5a〜5d,6a〜6d)は、方形のアンテナエレメント用導電性板材3での対角線L1,L2上に配置されているので、利得低下を抑制することができる。また、2つの給電端子7a,7bはアンテナエレメント用導電性板材3での隣接する切欠部10a,10dにおける周端に配置され、かつ、アンテナエレメント用導電性板材3の一部を地板2側に折り曲げることにより構成されているので、容易に給電端子を形成することができる。
その結果、新規な構成にて小型化に優れるとともに、固定部材を用いた場合のアンテナ性能に与える影響を極力抑えることができるパッチアンテナを提供することができる。
詳しくは、前述の特許文献1においては、アンテナエレメント用導電性板材101の中央の透孔102により小型化を実現しているが、小形化の効果は低く、また、高周波電流が強く発生する透孔102の辺上(周端)またはその付近に取付脚(104,105)を設けているので高周波電流が流れやすい。これに対し本実施形態においては特許文献1のパッチアンテナに比べ、より小型化を図ることができる。
(2)地板2とアンテナエレメント用導電性板材3とを固定するための固定部材の構成として、地板2とアンテナエレメント用導電性板材3の間に介在され、電気絶縁性を有するスペーサー4a〜4dと、アンテナエレメント用導電性板材3を通してスペーサー4a〜4dに螺合する第1のネジ5a〜5dと、地板2を通してスペーサー4a〜4dに螺合する第2のネジ6a〜6dと、を有している。よって、地板2とアンテナエレメント用導電性板材3とを電気的に絶縁した状態で固定する上で好ましいものとなる。
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図3(a)はパッチアンテナ1の平面図であり、図3(b)は図3(a)のA−A線での縦断面図であり、図3(c)は図3(a)のB−B線での縦断面図である。
第1の実施の形態においては金属板よりなる地板2を用いるとともに、固定部材として樹脂製スペーサー4a,4b,4c,4d、ネジ5a,5b,5c,5d,6a,6b,6c,6dを用いた。これに対し、本実施形態では、地板として基板(地板用基板)20を用いるとともに、固定部材としてアンテナエレメント用導電性板材3の一部を折り曲げた固定用端子30a〜30dを用いている。
地板用基板20に関して、図4には地板用基板20の単体を示す。図4において、絶縁基板21の下面には導電性膜22が全面に形成されている。本実施形態では絶縁基板21としてガラスエポキシ基板を用いるとともに、導電性膜22として銅箔を用いている。地板用基板20には図2の透孔12a,12b,12c,12dに代わり、方形の透孔23a,23b,23c,23dが形成されている。また、絶縁基板21の下面の導電性膜22において透孔23a,23b,23c,23dの周りには環状のスリット(切欠部)24a,24b,24c,24dが形成され、スリット24a〜24dの外方の導電性膜22aがグランドパターン(接地導体)となっている。スリット24a,24b,24c,24dの内方の導電性膜22bは、スリット24a,24b,24c,24dにより、外方の導電性膜22a(グランドパターン)と電気的に分離されている。
このようにして、地板用基板20は、絶縁基板21の表面にグランドパターンとしての導電性膜22aが形成されている。
図3においてアンテナエレメント用導電性板材3は、地板用基板20に離間した状態で地板用基板20と対向して配置され、外周端3aに切欠部10a,10b,10c,10dが形成されている。
固定用端子30a〜30dに関して、図3に示すように、アンテナエレメント用導電性板材3の一部が下方に折り曲げられて棒状の端子が形成され、この端子の先端が地板用基板20の透孔23a,23b,23c,23dを通して地板用基板20の下面に突出している。この部位は導電性膜22bと半田25により接合されている。これにより、地板用基板に固定する部分は地板用基板20のグランドパターン(22a)と非導通状態にて固定されている。
このようにして、複数の固定部材(30a〜30d)により地板用基板20とアンテナエレメント用導電性板材3とが固定されている。
図3において、固定部材としての固定用端子30a〜30dは、アンテナエレメント用導電性板材3の一部を地板用基板20側に折り曲げることにより構成され、かつ、その折り曲げによりスリット31a〜31dが形成されている。スリット31a〜31dは正方形のアンテナエレメント用導電性板材3の対角線L1,L2上に延びている。
固定部材としての固定用端子30a〜30dの設置箇所は、図5において領域A1,A2,A3,A4であり、領域A1,A2,A3,A4は固定箇所として高周波電流の少ない部位である(図6参照)。
以上のごとく、本実施形態によれば、固定部材としての固定用端子30a〜30dは、アンテナエレメント用導電性板材3の一部を地板用基板20側に折り曲げることにより構成しており、これにより、容易に固定部材を構成することができる。
なお、前記実施形態は以下のように変更してもよい。
固定部材の設置箇所に関して、第1,2の実施形態では図5における領域A1,A2,A3,A4としたが、これに代わり、図5において領域A5で示す正方形のアンテナエレメント用導電性板材3の中心、即ち、両対角線L1,L2の交点であってもよい。この領域A5も図6で示すごとく固定箇所として高周波電流の少ない部位である。このように、固定部材を、方形のアンテナエレメント用導電性板材3における両対角線L1,L2の交点に配置すると、高周波電流が流れにくく利得低下をより抑制することができる。
あるいは、固定部材の設置箇所として、図5における領域A1,A2,A3,A4,A5としてもよい。
さらに、図5においてB1,B2,B3,B4で示す領域、即ち、方形をなすアンテナエレメント用導電性板材3における角部を、固定部材の設置箇所としてもよい。この領域B1,B2,B3,B4も図6で示すごとく固定箇所として高周波電流の少ない部位である。
前記実施形態では、給電端子7a,7bの形状はテーパ形状としているが、他の形状、例えば、線状、長方形状、逆テーパ形状でもよい。
また、給電部への給電はコネクタによる給電以外にも、給電基板による給電、ケーブル溶接による給電でもよい。
また、アンテナエレメント用導電性板材3は正方形としたが、長方形でもよい。
(a)は第1の実施形態におけるパッチアンテナの平面図、(b)はパッチアンテナの正面図、(c)は(a)のA−A線での縦断面図。 第1の実施形態におけるパッチアンテナの分解斜視図。 (a)は第2の実施形態におけるパッチアンテナの平面図、(b)は(a)のA−A線での縦断面図、(c)は(a)のB−B線での縦断面図。 第2の実施形態における地板用基板の正面および下面図。 パッチアンテナの平面図。 パッチアンテナの平面図におけるシミュレーションによる高周波電流の流れを示す図。 (a)は背景技術を説明するためのパッチアンテナの平面図、(b)は(a)のA−A線でのパッチアンテナの縦断面図。 (a)は背景技術を説明するためのパッチアンテナの平面図、(b)は(a)のA−A線でのパッチアンテナの縦断面図。 パッチアンテナの平面図におけるシミュレーションによる高周波電流の流れを示す図。
符号の説明
2…地板、3…アンテナエレメント用導電性板材、4a,4b,4c,4d…スペーサー、5a,5b,5c,5d…ネジ、6a,6b,6c,6d…ネジ、7a,7b…給電端子、10a,10b,10c,10d…切欠部、20…地板用基板、30a…固定用端子、30b…固定用端子、30c…固定用端子、30d…固定用端子、L1,L2…対角線、So1,So2,So3,So4…辺。

Claims (4)

  1. 地板(2,20)と、
    方形をなし、前記地板(2,20)に離間した状態で地板(2,20)と対向して配置され、方形を構成する4つの辺(So1,So2,So3,So4)の中点位置が切り取られた切欠部(10a,10b,10c,10d)が形成されたアンテナエレメント用導電性板材(3)と、
    前記アンテナエレメント用導電性板材(3)での隣接する切欠部(10a,10d)における周端に配置され、前記アンテナエレメント用導電性板材(3)の一部を前記地板(2,20)側に折り曲げることにより構成された2つの給電端子(7a,7b)と、
    前記方形のアンテナエレメント用導電性板材(3)での対角線(L1,L2)上に配置され、前記地板(2,20)とアンテナエレメント用導電性板材(3)とを固定するための固定部材(4a,4b,4c,4d,5a,5b,5c,5d,6a,6b,6c,6d、30a〜30d)と、
    を備えたことを特徴とするパッチアンテナ。
  2. 請求項1に記載のパッチアンテナにおいて、
    前記固定部材は、
    前記地板(2)とアンテナエレメント用導電性板材(3)の間に介在され、電気絶縁性を有するスペーサー(4a,4b,4c,4d)と、
    前記アンテナエレメント用導電性板材(3)を通して前記スペーサー(4a,4b,4c,4d)に螺合する第1のネジ(5a,5b,5c,5d)と、
    前記地板(2)を通して前記スペーサー(4a,4b,4c,4d)に螺合する第2のネジ(6a,6b,6c,6d)と、
    を有するパッチアンテナ。
  3. 請求項1に記載のパッチアンテナにおいて、
    前記固定部材(30a〜30d)は、前記アンテナエレメント用導電性板材(3)の一部を前記地板(20)側に折り曲げることにより構成されてなるパッチアンテナ。
  4. 請求項1〜3のいずれか1項に記載のパッチアンテナにおいて、
    前記固定部材を、前記方形のアンテナエレメント用導電性板材(3)における両対角線(L1,L2)の交点に配置したことを特徴とするパッチアンテナ。
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