JPH0677724A - 平面パッチアンテナ及びその特性調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は装置の小型化が進んでも十分な特性
を得ることができる平面パッチアンテナ及びその特性調
整方法を提供することを目的とする。 【構成】 基板７に形成されたパッチ電極８とストリッ
プライン４ａが接続された電極１１を接続する内部導体
１４をスルーホール１３に設ける。さらに電極１１が形
成されている面にアース電極９を形成する。パッチ電極
８の幅Ｌに対するパッチ電極８の幅Ｌと端面８ａ，８ｂ
からそれぞれはみ出したアース電極９の幅Ｍの比Ｚ＝Ｍ
／Ｌを０．０１以上０．１４以下、好ましくは０．０７
以上０．１０以下にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、グローバル・ポジショ
ニング・システム（ＧＰＳ）や携帯無線電話装置等に用
いられる平面パッチアンテナ及びその特性調整方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６，図７及び図８は従来の平面パッチ
アンテナを示す表面図，裏面図及び断面図である。

【０００３】図６，図７及び図８において、１は樹脂や
セラミックス等の誘電体材料で構成された基板、２は基
板１の表面に形成されたパッチ電極、３は基板１の裏面
に形成されたアース電極、４はアース電極３の中央部に
設けられ、アース電極３と絶縁された方形の電極で、電
極４にはストリップライン４ａが設けられている。５は
基板１に設けられたスルーホールで、スルーホール５の
内壁には、電極４とパッチ電極２を電気的に接続する内
部導体６が設けられている。

【０００４】スルーホール５の形成位置は図６に示すよ
うに、パッチ電極２の端面２ａと端面２ｂからそれぞれ
同じ距離になるように、即ちＢ１＝Ｂ２となるように形
成する。また端面２ｃと端面２ｄからそれぞれ同じ距離
の地点から端面２ｄ側にずれた位置、すなわちＡ１＜Ａ
２となるように形成する。またストリップライン４ａは
スルーホール５から端面２ｃに向かう方向に延在させて
いる。

【０００５】このように構成された平面パッチアンテナ
は、受信効率を高めるために電圧定在波比を向上させる
（電圧定在波比を理想的な１に近づける）ことが必要と
なってくる。電圧定在波比を向上させるために、ストリ
ップライン４ａの幅ＳＷを所定の幅に設定することが知
られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら前記従来
の構成では、ストリップライン４ａの幅ＳＷを調整する
ことだけでは、電圧定在波比は２．０以上となってしま
う。現在ではこの程度の定在波比で十分であるが、装置
が小型するにつれて平面パッチアンテナも小型化して行
くと、更なる電圧定在波比の向上（電圧定在波比が２．
０以下）が求められる。

【０００７】本発明は前記従来の課題を解決するもの
で、電圧定在波比を向上させることができ、装置の小型
化が進んでも十分な特性を得ることができる平面パッチ
アンテナ及びその電圧定在波比の調整方法を提供するこ
とを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、ストリップラインの延在方向に対して垂直なパッチ
電極の幅に対するパッチ電極の延在方向に平行な端面か
らはみ出した前記延在方向に対して垂直なアース電極の
幅の比を０．０１以上０．１４以下、好ましくは０．０
７以上０．１０以下にした。

【０００９】

【作用】この構成により、電圧定在波比を従来よりも１
に近づけることができる。

【００１０】

【実施例】図１，図２及び図３はそれぞれ本発明の一実
施例における平面パッチアンテナを示す表面図，裏面図
及び断面図である。

【００１１】図１，図２及び図３において、７はセラミ
ックや樹脂等の誘電体材料で構成された基板で、基板７
には表面に方形状のパッチ電極８が形成されている。こ
のパッチ電極８の対角線上の一対の角部は特性向上のた
めに削られている。基板７の裏面にはアース電極９が形
成されている。アース電極９の中央部には開口部１０が
設けられており、開口部１０中には電極１１と電極１１
に接続されたストリップライン１２が形成されている。
また電極１１とパッチ電極８はスルーホール１３内に設
けられた内部導体１４によって電気的に接合している。

【００１２】パッチ電極８，アース電極９，電極１１及
びストリップライン１２はそれぞれ基板７上にスクリー
ン印刷等の手段によって所定の形状に銀ペースト（北陸
塗料株式会社 ＳＲ３０３５）を塗布し、塗布された銀
ペーストを焼き付けて形成される。この時例えば焼付け
条件として、昇降温速度１２００℃／Ｈｒ、保持温度８
００℃、加熱時間５分間等が考えられる。この時銀ペー
ストを基板７上に焼き付けて形成された電極等の厚さは
１０μｍ〜２０μｍ程度になる。また内部導体１４はス
ルーホール１３の直径よりも小さな直径を持つピン等の
先に銀ペーストを付着させ、スルーホール１３の内壁に
そのピンの先に付着した銀ペーストを塗布し、上記と同
様の焼付け条件下で焼き付けて形成する。

【００１３】スルーホール１３の形成位置は図１に示す
ように、パッチ電極８の端面８ａと端面８ｂからそれぞ
れ同じ距離になるように、即ちＣ１＝Ｃ２となるように
形成する。また端面８ｃと端面８ｄからそれぞれ同じ距
離の地点から端面８ｄ側にずれた位置、すなわちＤ１＜
Ｄ２となるように形成する。またストリップライン１２
はスルーホール１３から端面８ｃに向かう方向に延在さ
せている。

【００１４】本実施例は図３に示すパッチ電極８の幅Ｌ
（スルーホール１３から端面８ｃに向かう方向と垂直方
向の幅）とパッチ電極８の端面８ａ及び端面８ｂからそ
れぞれはみ出したアース電極９の幅Ｍ（端面８ａ側の幅
Ｍと端面８ｂ側の幅Ｍは同じ長さ）の比Ｚを調整して電
圧定在波比を向上させることを特徴とする。

【００１５】比Ｚは下記式にて表わされる。 Ｚ＝Ｍ／Ｌ 比Ｚは下記式で表わされる範囲内が好ましい。

【００１６】０．０１≦Ｚ≦０．１４ 特にこの範囲内でも下記式で表わされる範囲内が好まし
い。

【００１７】０．０７≦Ｚ≦０．１０ このように比Ｚの範囲を規定することによって、電圧定
在波比を従来よりも向上させることができる。即ち従来
では、ストリップライン１２の幅ＳＷを所定の幅にする
ことによって電圧定在波比を１に近づけていた。しかし
ながら本実施例では、このストリップライン１２の幅Ｓ
Ｗを電圧定在波比が最も１に近づくように調整するとと
もに、比Ｚを調整して電圧定在波比を向上させる。すな
わちストリップライン１２の幅ＳＷとアース電極９の幅
Ｎを所定の比にすることによって電圧定在波比を向上さ
せる。従来では電圧定在波比は２．０以下にすることは
困難であったが、本実施例の方法によれば容易に電圧定
在波比は２．０以下にすることができる。

【００１８】以上のことを確認するために実験を行っ
た。まず実験を行う前に以下のようなサンプルを作製す
る。基板７としてはセラミックスを用い、基板７の大き
さは縦５０ｍｍ、横５０ｍｍ、高さ３ｍｍとし、スルー
ホール１３の直径は１．３ｍｍとし、パッチ電極８は５
ｍｍ角とし、Ｄ１：Ｄ２＝２：３とした。このような条
件の下で、比Ｚを０．００から０．２９まで変化させた
サンプルを１０個作製した。この時これらサンプルは図
２に示すストリップライン１２の幅ＳＷを設定して、電
圧定在波比が１に近づくようにしている。

【００１９】上記のように作製したサンプルについてネ
ットワークアナライザー（ヒューレット・パッカード社
製 ８７５３Ｃ）によって電圧定在波比を求めた。図４
はこの実験装置を示す概略図である。所定の周波数の信
号を掃引信号発生器１５より発信する。基準となる信号
はネットワークアナライザー１６に入り検波器１７で測
定され、またサンプルの平面パッチアンテナ１８に達し
た信号内の反射波は、信号分離器１９を経て分離され、
検波器２０で測定され、演算処理後に平面パッチアンテ
ナ１８の電圧定在波比が表示器２１に表示される。また
電圧定在波比以外の特性（アンテナ利得、中心周波数、
周波数帯域幅、円偏波特性、指向特性）についても、電
波暗室でスペクトルアナライザー（アドバンテスト社製
Ｒ３３１６Ａ）を用いて測定した。この時の概略図を
図５に示す。標準信号発生器２２より所定の周波数の信
号を測定用送信アンテナ２３を経て発信し、この信号を
サンプルの平面パッチアンテナ２４にて受信して、信号
が可変抵抗減衰器２５を経て演算され、アンテナ特性が
測定用受信機２６上に表示される。２７は測定誤差補正
用の標準アンテナである。測定条件は測定用送信アンテ
ナ２３，平面パッチアンテナ２４，標準アンテナ２７の
それぞれの設置位置を地上から１．５ｍとし、測定用送
信アンテナ２３と平面パッチアンテナ２４間の距離及び
測定用送信アンテナ２３と標準アンテナ２７間の距離は
それぞれ４ｍとした。

【００２０】以上の実験結果を（表１）及び（表２）に
まとめた。（表１）は平面パッチアンテナの電圧定在波
比及びその他の特性を、（表２）には指向特性を記載し
た。

【００２１】

【表１】

【００２２】（表１）から判るように比Ｚが０．０１≦
Ｚ≦０．１４の範囲にあれば電圧定在波比が２．０以下
となっており、しかもその範囲内でも０．０７≦Ｚ≦
０．１０の範囲内であれば電圧定在波比が１に近づいて
いることが判る。またアース電極９の幅Ｎを変更するこ
とによって他の特性が劣化することはない。

【００２３】

【表２】

【００２４】さらに（表２）から判るようにアース電極
９の幅Ｎを変更しても指向特性は変化しないことが判
る。

【００２５】以上のように本実施例では、ストリップラ
イン１２の幅ＳＷを調整し、更に比Ｚを調整することに
よって電圧定在波比を１に近づけることができ、平面パ
ッチアンテナの特性を向上させることができる。また比
Ｚを０．０１≦Ｚ≦０．１４更に好ましくは０．０７≦
Ｚ≦０．１０とすることによって特性を向上させること
ができる。

【００２６】なお基板７のアース電極９を形成していな
い部分７ａ，７ｂを切断しても特性に変化はない。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、ストリップラインの延在方向
に対して垂直なパッチ電極の幅に対するパッチ電極の延
在方向に平行な端面からはみ出した前記延在方向に対し
て垂直なアース電極の幅の比を０．０１以上０．１４以
下、好ましくは０．０７以上０．１０以下にしたことに
より、電圧定在波比を従来よりも１に近づけることがで
きるので、装置の小型化が進んでも、十分な特性を得る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における平面パッチアンテナ
を示す表面図

【図２】本発明の一実施例における平面パッチアンテナ
を示す裏面図

【図３】本発明の一実施例における平面パッチアンテナ
を示す断面図

【図４】平面パッチアンテナの電圧定在波比を測定する
実験装置を示す概略図

【図５】平面パッチアンテナの諸特性を測定する実験装
置を示す概略図

【図６】従来の平面パッチアンテナを示す表面図

【図７】従来の平面パッチアンテナを示す裏面図

【図８】従来の平面パッチアンテナを示す断面図

【符号の説明】

７ 基板 ８ パッチ電極 ９ アース電極 １１ 電極 １２ ストリップライン １３ スルーホール １４ 内部導体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 俊郁 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板と、前記基板の一面に設けられたパッ
   チ電極と、前記一面と反対側の他面に形成された電極
   と、前記電極に接続されたストリップラインと、前記基
   板に設けられ、前記電極と前記パッチ電極を連結するス
   ルーホールと、前記スルーホール内に設けられ、前記パ
   ッチ電極と前記電極を電気的に接続する内部導体と、前
   記電極及び前記ストリップラインと接触しないように前
   記他面に設けられたアース電極とを備え、前記ストリッ
   プラインの延在方向に対して垂直なパッチ電極の幅に対
   する前記パッチ電極の前記延在方向に平行な端面からは
   み出した前記延在方向に対して垂直な前記アース電極の
   幅の比を０．０１以上０．１４以下にしたことを特徴と
   する平面パッチアンテナ。
2. 【請求項２】ストリップラインの延在方向に対して垂直
   なパッチ電極の幅に対するパッチ電極の延在方向に平行
   な端面からはみ出した前記延在方向に対して垂直なアー
   ス電極の幅の比を０．０７以上０．１０以下にしたこと
   を特徴とする請求項１記載の平面パッチアンテナ。
3. 【請求項３】基板と、前記基板の一面に設けられたパッ
   チ電極と、前記一面と反対側の他面に形成された電極
   と、前記電極に接続されたストリップラインと、前記基
   板に設けられ、前記電極と前記パッチ電極を連結するス
   ルーホールと、前記スルーホール内に設けられ、前記パ
   ッチ電極と前記電極を電気的に接続する内部導体と、前
   記電極及び前記ストリップラインと接触しないように前
   記他面に設けられたアース電極とを備えた平面パッチア
   ンテナの特性調整方法であって、ストリップラインの延
   在方向に対して垂直な前記ストリップラインの幅を最小
   の電圧定在波比になるように設定するとともに、前記延
   在方向に対して垂直なパッチ電極の幅と、前記延在方向
   に対して垂直なアース電極の幅を電圧定在波比が最小と
   なるように調整することを特徴とする平面パッチアンテ
   ナの特性調整方法。