JPH02270405A - 平板パッチアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 この発明は、平板パッチアンテナに関し、特に、帯域幅
拡大の技術に関する。

〔従来技術〕

従来の平板パッチアンテナとしては、例えば「電子情報
通信学会技術研究報告　１９８７年Ｖｏ１．５３号第２
１〜２４頁金田、後側、他、°″軸対称モード円環パッ
チアンテナとその給電法″」に記載されているものがあ
る。

第７図は、上記の平板パッチアンテナの平面図および断
面図である。

第７図において、１はアース板となる導電体の地板、２
はアンテナエレメントである導電体のパッチ、３はパッ
チ２に送信電力を供給する給電軸、４はパッチ２と地板
１とを短絡するためのショートピンである。なお、給電
軸は同軸ケーブルの中心導体（心線）であり、該同軸ケ
ーブルの外部導体（網状の接地線）が地板１に接続され
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来の平板パッチアンテナにおいては、帯
域幅が狭いという問題がある。

例えば、第８図は、ショートピン４と給電軸３との距ｍ
ｐと、リターンロス−１０ｄＢ時における比帯域幅Δｆ
／ｆとの関係を示す特性図である。

第８図から判るように、従来の平板パッチアンテナにお
いては、比帯域幅がリターンロス−１０ｄＢでも７〜１
０％位しかない。

しかし、この平板パッチアンテナを自動車電話用アンテ
ナとして使用する場合には、第９図に示すように、周波
数帯域８６０〜９４０Ｍ１（ｚでリターンロス−１１，
７ｄＢ（日本電信電話規定ＶＳＷＲ１，７）において比
帯域幅８〜１０％程度必要であるため、上記のごとき特
性では帯域幅に余裕がなく、降雨による水滴の付着等に
よって使用可能帯域が変化すると使用不能になるおそれ
があった。

例えば、第１０図は、アンテナ上方に水滴がある場合に
おけるリターンロスの周波数特性図であるが、図示のご
とく、水滴があると使用可能周波数が低域側にずれるの
で、従来の平板パッチアンテナを自動車電話用に使用し
た場合には、降雨によって自動車電話使用帯域から簡単
にずれてしまい１通話不能になるおそれがあった。

また、アンテナケースの構造や車体取付は方法等によっ
てもアンテナ特性が変化するので、そのような変化諸要
因を厳密に考慮したチューニングを行なわないと周波数
のずれによって使用不能になるため、ケース構造や取付
は位置等の自由度が小さく、かつ取付は工数や調整工数
等が増大するという問題があった。

本発明は、上記のごとき従来技術の問題を解決するため
になされたものであり、帯域幅の広い平板パッチアンテ
ナを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成するため、本発明においては、給電軸
の形状を、パッチ側が太く地板側にゆくにしたがって細
くなる形状（以下、この形状をテーパ形と略記する）と
するように構成している。

なお、上記のようなテーパ形状としては、例えば円錐形
や角錐形等がある。・また、太さが連続的に変化する形
状に限らず、段階的に変化する形状でもよい。

〔作用〕

後記第２．３図で詳述するように、給電軸の形状を前記
のごときテーパ型にすると、従来の線状の給電軸の場合
より帯域幅が広くなる。その原因の理論的な解析は未だ
行なっていないが、おそらく、線状の細い給電軸を平板
状のパッチに直接に接続するよりも、給電軸の形状をテ
ーパ状にしてパッチ側を太くし、線状の細い部分から次
第に太くして平板に近い形状にして接続することにより
、給電軸とパッチとのマツチングが向上し、それによっ
て帯域幅が広がるのではないかと推察される。

すなわち、本発明の構造においては、同軸ケーブルの外
部導体が広がって地板１となり、また、中心導体が次第
に広がってパッチ２となった構造に近いので、細い線状
の導体から不連続に平板のパッチに接続される従来構造
に比へで、マツチングが大幅に良くなり、それによって
広帯域になるものと考えられる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例の平面図及び断面図である
。

第１図において、基本構成は前記第７図に示した従来の
平板パッチアンテナと同じであるが、給電軸３′がテー
パ形になっている点が異なっている。すなわち、給電軸
３′はパッチ２側が底面となり、地板１側が頂点となる
円錐形となっている。

なお、上記のテーパ形状としては、円錐形に限らず、角
錐形等地の形状でも良い。更には太さが段階的に変化す
る形状でも良い。また、後記第５．６図で詳述するごと
く、給電軸３′の内部は中実でも中空でもよい、また、
材質は１例えば、銅、アルミニウム等の金属、あるいは
樹脂表面に導電体のメツキを施したもの等を用いること
が出来る。

また、地板１やパッチ２も樹脂板に導電体のメツキを施
したもので構成することも出来る。

次に作用を説明する。

第２図は、リターンロスの周波数特性図であり、（ａ）
は前記第７図に示した従来例の特性、（ｂ）は前記第１
図に示した本実施例の特性を示す。

第２図の特性は、給電軸以外は両者同一の寸法、すなわ
ちパッチ１の直径が０．５λ、アンテナの高さ（パッチ
と地板との間隔、すなわち第１図のし）が０．０３λ（
１０ｒｒｎ）の場合における特性であり、また、給電軸
は（ａ）の従来例が同軸ケーブルの心線をそのまま用い
、（ｂ）の本実施例は給電軸３′の最も太い部分（パッ
チ２との接続部分）の直径を０．１７λとした場合の特
性である。

第２図から判るように、本実施例の方が従来例より帯域
幅広くなる。

例えば、リターンロス−１１，７ｄＩ３の点では、（ａ
）に示す従来例の比帯域幅が７．４％であるのに対し、
（ｂ）に示す本実施例の比帯域幅は１１．８％となり、
帯域幅が大幅に広がっている。

したがって、前記第１０図に示した特性のように降雨等
によって使用可能周波数帯域が変化しても、自動車電話
用として十分使用可能である。また、従来のような厳密
なチューニングをしなくても使用することが出来る。

次に、第３図はリターンロスの周波数特性の他の一例図
であり、（ａ）は前記第７図に示した従来例の特性、（
ｂ）は前記第１図に示した本実施例の特性を示す。

第３図の特性は、アンテナの高さ（パッチと地板との間
隔、すなわち第１図のし）を０．０３５λ（１２ｎｗｎ
）にした場合における特性であり、その他の寸法は、本
実施例の給電軸３′の最も太い部分の直径を０．１６λ
とした以外は前記第２図の場合と同じである。

上記第３図に示すように、アンテナの高さｔを高くして
広帯域化を図った場合においても、従来例より本実施例
の方が帯域幅が大幅に広くなる。

例えば、リターンロス−１１，７ｄＢの点では、（ａ）
に示す従来例の比帯域幅が８．２％であるのに対し、（
ｂ）に示す本実施例の比帯域幅は１８．４％となり、帯
域幅が大幅に広がっている。

」二記のようにアンテナ高さｔとテーパ形給電軸３′と
を組合せると、相乗作用によって広帯域化に更に効果が
あることがわかる。従って、アンテナ対応周波数のずれ
に一層強いアンテナとなり、また景産時のアンテナ１２
造時の性能のバラツキにも強いものとなる。

次に、第４図は、給電軸の直径と比帯域幅との関係を示
す特性図である。

第４図の特性は、パッチ２の径を０．４５〜０゜５７λ
、アンテナ高さしを０．０３〜０．０５λとした場合に
おいて、給電軸の直径（本実施例の給電軸３′において
はテーパの最も太い部分の寸法）を変化させた場合にお
けるリターンロス−１１゜７ｄＢ時の比帯域幅の最大値
を示したものである。

第４図から判るように、実線で示した本実施例の方が破
線で示した従来例より大幅に広帯域になっている。

また、本実施例の特性において、給電軸３′の最大太さ
の直径が０．１２〜０．１８λ付近において最も広帯域
となり、それより太くても細くても特性が低下する。す
なわち、給電軸３′の寸法には最適範囲が存在すること
が判る。

次に、給電軸３′の具体的な構成について説明する。

まず、給電軸３′の材質は、銅とアルミニウムについて
実験したが、殆ど特性に差を生じながったので、通常の
金属であれば開音ないものと思われる。

また、給電軸３′を中空にした場合、板厚が通常用いら
れる０、５ｎｙｎ程度以上あれば、中実にした場合とで
特性上に殆ど差を生じなかった。したがって、給電軸３
′を樹脂の表面に導電体をメツキした構成とすることも
可能である。

また、第５図に示すように、アンテナの高さｔと給電軸
３′のテーパ部の長さＸとの関係については、ｘ＝ｔの
ときが最も広帯域となるが、Ｘ≧ｔ／４程度であれば有
効である。

例えば、第６図（ａ）および（ｂ）に示すように、給電
軸３′の最大太さを５０ｎｏ、アンテナ高さしを１０＋
ａ、給電軸３′の材質を銅にした場合において、（ａ）
はｘ＝ｔ、（ｂ）はｘ＝０．９し　（ｔ　＝　１０ｍｍ
、　ｘ＝９ｍｍ）として実験を行なったが、両者に特性
上の差は殆ど見られなかった。

また、第６図（ｃ）および（ｄ）に示すように、給電軸
３′の最大太さを５５ｍｍ、アンテナ高さしを１２ｍｎ
＋とじ、給電軸β′の材質は（ｃ）は銅、（ｄ）はアル
ミニウムとした場合において、（ｃ）はＸ＝ｔ、（ｄ）
はｘ弁０．９２ｔ　（ｔ＝１２ｍｍ、ｘ＝１１ｎｎ＋）
として実験を行なったが、この場合も両者に特性上の差
は殆ど見られなかった。

〔発明の効果〕

以上説明してきたように、本発明においては、給電軸の
形状をテーパ状としたことにより、従来の平板パッチア
ンテナに比べて帯域幅を広くすることが出来る。そのた
め、アンテナを設置する際に、ケース構造や取付は位置
等の自由度が大きくなり、かつアンテナ周囲の状況を考
慮したチューニングが楽になるので、取付は工数や調整
工数を減少させることが出来、また、降雨等によるアン
テナ設置後の環境の変化や量産時の性能バラツキにも影
響されにくいアンテナを実現することが出来る、という
優れた効果が得られる。

また、平板パッチアンテナを広帯域化する場合、従来の
ものに比べて、同じ高さ以内で同等の効果を得るこｉが
出来るので、例えば車体取付は時などの場合に車体埋込
み化が楽になる。したがって、棒状ホイップアンテナの
ように折損事故や洗ｉＪＬ詩の取外しの不具合等のない
無突起の高性能平板パッチアンテナを実現することが出
来るので、それを自動車等に用いることによって商品性
を向上させることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の平面図および断面図、第２
図および第３図は本実施例と従来例との比較特性図、第
４図は給電軸の直径と比帯域幅との関係を示す特性図、
第５図はアンテナ高さとテーパ部の長さとの関係を示す
図、第６図は実験例の断面図、第７図は従来装置の一例
の平面図および断面図、第８図は従来例の周波数帯域特
性図、−第９図は自動車電話の帯域特性における日本電
信電話規定ＶＳＷＲ１，７を示す図、第１０図は平板パ
ッチアンテナおける降雨による特性の変化を示す図であ
る。 く符号の説明〉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アンテナエレメントである平板状のパッチと、該パッチ
   と平行に配設されたアース板である地板と、上記パッチ
   に給電する給電軸と、上記パッチと地板を導通させるシ
   ョートピンとを備えた平板パッチアンテナにおいて、上
   記給電軸の形状を、パッチ側が太く地板側にゆくにした
   がって細くなる形状としたことを特徴とする平板パッチ
   アンテナ。