JPH08195619A - 平面アンテナ - Google Patents

平面アンテナ

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JPH08195619A
JPH08195619A JP427495A JP427495A JPH08195619A JP H08195619 A JPH08195619 A JP H08195619A JP 427495 A JP427495 A JP 427495A JP 427495 A JP427495 A JP 427495A JP H08195619 A JPH08195619 A JP H08195619A
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radiation conductor
planar antenna
conductor
internal
notch
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JP427495A
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Inventor
Tetsuya Fukai
徹也 深井
Yoshinori Ide
良律 井出
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Soshin Electric Co Ltd
Original Assignee
Soshin Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 平板状の誘電体から成る基板の一面に放射導
体を、他面に接地導体を備え、放射導体上の一点を給電
点とする平面アンテナにおいて、放射導体が、その外縁
部より形成されたスリット状の外部切り込みと、放射導
体の中央部に形成されたスリット状の内部切り込みを有
する平面アンテナ。 【効果】 従来の平面アンテナに比べ小型であり、又、
比誘電率の小さいアルミナ等の素材を用いて製造できる
ため、安価に製造できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】 本発明は、例えば、GPS(G
lobal positioning system:
広域測位システム)、無線LAN、VICS(Vehi
cle information and commu
nicationsystem)用のアンテナとして好
適に用いられる小型平面アンテナに関する。
【0002】
【従来の技術】 平面アンテナは、空気抵抗が小さいこ
と、取付性が良いこと、構造が簡単で丈夫であること、
外観が目立たないこと等の特長を有し、自動車、船舶、
航空機等の移動体に設置され、衛星通信や移動体通信等
の分野で広範に用いられている。このような分野では、
通常、マイクロ波又は準マイクロ波が用いられ、特に円
偏波が使用される。
【0003】 図7に平面アンテナの一般的な構成を示
す。平面アンテナ18は、平板状の誘電体から成る基板
1、その片面に設けた接地導体3、及び他面に設けた放
射導体2より構成される。又、給電点14は、基板1及
び接地導体3を貫通する孔部15を通る導体16を介し
て、電波信号を増幅する増幅手段に接続される。
【0004】 近年、このような平面アンテナに対して
小型化及び低コスト化の要請がある。しかし、平面アン
テナの共振周波数fRと誘電体の比誘電率εとの間には
式 fR=1.841c/2πa√ε c:光速度 3×1010cm/s a:放射導体の有効直径(cm) で示される関係があるため、誘電体として比誘電率εの
小さな素材を用いると、目的の共振周波数を得るために
は、放射導体の有効直径を大きくしなければならず、平
面アンテナの小型化が図れない。一方、放射導体の有効
直径を小さくすると、誘電体として比誘電率εの大きな
素材を用いなければならない。しかし、比誘電率εの大
きなセラミック等の素材は高価であり、平面アンテナの
低コスト化の妨げとなる。
【0005】 平面アンテナの低コスト化、小型化を実
現するため、特開平5−304413号には、矩形状に
形成された放射導体に、各々の辺より、任意の辺と平行
なスリット状の切り込みを設け、放射導体を90°回転
させても同一の形状となるように構成した平面アンテナ
が開示されている。放射導体にこのような切り込みを設
けることにより、目的の共振周波数を得るために必要な
放射電極のサイズ及び誘電体の比誘電率をある程度小さ
くすることができる。従って、アンテナ自体を小型化で
き、材料費を削減することができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、平面
アンテナのさらなる低コスト化、小型化の要請も強く、
より安価な素材を使用しつつ、さらに小型の平面アンテ
ナの開発が望まれている。
【0007】
【課題を解決するための手段】 本発明は、上記の要請
に答えるべく、小さな比誘電率を有する安価な素材を使
用しつつ、従来の平面アンテナと比較してさらに小型の
平面アンテナを提供することを目的とする。
【0008】 即ち、本発明によれば、平板状の誘電体
から成る基板の一面に放射導体を、他面に接地導体を備
え、放射導体上の一点を給電点とする平面アンテナにお
いて、上記放射導体が、その外縁部より形成されたスリ
ット状の外部切り込みと、放射導体の中央部に形成され
たスリット状の内部切り込みを有する平面アンテナが提
供される。
【0009】 上記の平面アンテナにおいて、放射導体
の形状は多角形であってもよく、円形又は楕円形であっ
てもよい。
【0010】 放射導体の形状を多角形とする場合は矩
形形状とすることが好ましい。この場合、外部切り込み
を放射導体の辺より、その辺に直角に配向するように形
成し、内部切り込みを放射導体の対角線に沿って形成
し、内部切り込み及び外部切り込みの少なくとも一つ
と、給電点と対角線の交点を結んだ直線とが40〜50
°の角度で配向ることが好ましい。この場合、外部切り
込みを放射導体の各辺に対して1本ずつ形成する一方、
内部切り込みを放射導体の各対角線に沿って、それらの
交点で交わるように形成することが好ましい。
【0011】 又、放射導体の形状を矩形形状とする場
合は、外部切り込みを放射導体の頂点より対角線に沿っ
て形成し、内部切り込みを放射導体の互いに対向する辺
の中点を結んだ直線に沿って形成し、内部切り込み及び
外部切り込みの少なくとも一つと、給電点と対角線の交
点を結んだ直線が40〜50°の角度で配向するように
構成してもよい。この場合、外部切り込みを放射導体の
各頂点より形成し、内部切り込みを放射導体の互いに対
向する辺の中点を結んだ直線の各々に沿って形成するこ
とが好ましい。
【0012】 放射導体の形状を正方形とし、外部及び
内部切り込みを放射導体を90°回転させても同一の形
状となるように形成した場合は、放射導体の外縁部であ
って1の内部切り込みの延長線上に切り欠き又はスタブ
から成る縮退分離素子を形成し、その内部切り込みと、
給電点と対角線の交点を結んだ直線により形成される角
が40〜50°となるように構成することが好ましい。
【0013】 又、放射導体の形状を正方形とし、外部
切り込みの各辺上における形成位置を放射導体を90°
回転させても同一とした場合は、同一直線上に位置する
2の外部切り込みの長さの和又は1の内部切り込みの長
さが、それぞれ他の同一直線上に位置する2の外部切り
込みの長さの和又は他の内部切り込みの長さと異なるよ
うに構成することが好ましい。
【0014】 放射導体の形状は長方形としてもよい。
【0015】 一方、放射導体の形状を円形又は楕円形
とした場合は、外部切り込みを外縁部より中心点に向か
って形成し、内部切り込みを中心点より外縁部に向かっ
て形成し、内部切り込み及び外部切り込みの少なくとも
一つと、給電点と対角線の交点を結んだ直線とが40〜
50°の角度で配向するように構成することが好まし
い。
【0016】 放射導体の形状を円形とし、外部及び内
部切り込みを放射導体を90°回転させても同一の形状
となるように形成した場合は、放射導体の外縁部であっ
て1の内部切り込みの延長線上に切り欠き又はスタブか
ら成る縮退分離素子を形成し、その内部切り込みと、給
電点と中心点を結んだ直線により形成される角が40〜
50°となるように構成することが好ましい。
【0017】 放射導体の形状を円形とし、外部及び内
部切り込みの形成位置を放射導体を90°回転させても
同一になるようにした場合は、同一直線上に位置する2
の外部切り込みの長さの和又は1の内部切り込みの長さ
が、それぞれ他の同一直線上に位置する2の外部切り込
みの長さの和又は他の内部切り込みの長さと異なり、上
記の長さの異なる2の外部切り込み又は1の内部切り込
みと、給電点と中心点を結んだ直線とが40〜50°の
角度で配向するように構成することが好ましい。
【0018】 上記の平面アンテナにおいて、基板及び
接地導体を貫通する孔部を設け、その孔部に所定のイン
ダクタンスを有する素子を収納し、その導体を介して端
子と給電点とを接続してもよい。
【0019】 又は、放射導体を設けた側の基板の面
に、所定のインダクタンスを有するストリップラインを
導電性の素材により形成し、そのストリップラインを介
して給電点と端子とを接続してもよい。
【0020】
【作用】 本発明の平面アンテナにおいて、基板の一面
に接地された放射導体は、その表面にスリット状の切り
込みにより形成されたパターンを備える。パターンは、
放射導体の外縁部より形成された外部切り込みと、放射
導体の中央部に形成された内部切り込みから成る。各外
部切り込みは他の切り込みと接触することは無く、又、
各内部切り込みは互いに交わる場合がある他は、他の切
り込みと接触することは無い。放射導体上にこのような
パターンを形成することにより、所定の共振周波数を得
るために必要な放射導体のサイズ及び誘電体の比誘電率
をより小さくすることができる。
【0021】 給電点は、内部切り込み及び外部切り込
みの少なくとも一つと、給電点と対角線の交点を結んだ
直線により形成される角が40〜50°となるように設
けることが円偏波軸比特性の点で好ましい。
【0022】 本発明の平面アンテナにおいて、切り込
みの形状は必ずしも直線状である必要はなく曲線状であ
ってもよい。又、放射導体の形状は、正方形以外の多角
形や、円形、楕円形であってもよい。さらに、切り込み
の数についても特に制限はない。
【0023】 外部切り込みは、例えば、GPS用アン
テナをアルミナ基板で実現する場合、その長さは、好ま
しくは4〜9mm、より好ましくは5〜8mmであるこ
とが望ましい。又、その幅は、好ましくは0.5mm以
下、より好ましくは0.2mm以下であることが望まし
い。一方、内部切り込みについては、その長さが好まし
くは9〜13mm、より好ましくは10〜12mmであ
ることが望ましい。又、その幅は、好ましくは0.5m
m以下、より好ましくは0.2mm以下であることが望
ましい。
【0024】 本発明の平面アンテナにおいて、アンテ
ナのインピーダンスは容量性となるため、50Ω系に対
応させるには、インピーダンスを整合する手段を設ける
ことが望ましい。具体的には、平面アンテナの基板及び
接地導体を貫通する孔部を設け、その孔部に所定のイン
ダクタンスを有するチップインダクタ、コイル等の素子
を収納し、端子と給電点とをその素子を介して接続した
り、放射導体を設けた側の基板の面に、所定のインダク
タンスを有するストリップラインを導電性の素材により
形成し、そのストリップラインを介して給電点と端子と
を接続する等の方法が採られる。
【0025】 本発明の平面アンテナに用いられる素材
としては、基板には、比誘電率が2〜10の範囲にある
アルミナ、テフロン、ガラスエポキシ等の素材を使用す
ることが好ましい。従来の平面アンテナでは、比誘電率
が10以下のアルミナ、テフロン、ガラスエポキシ等を
用いた場合には、放射導体のサイズを大きくしなければ
ならなかったため、これらの素材を用いて平面アンテナ
の小型化を実現することは困難であった。しかし、本発
明の平面アンテナにおいては、これらの素材を使用した
場合においても平面アンテナの小型化を実現することが
可能となる。
【0026】 前記のパターンの平面アンテナ上への形
成は、セラミック基板に銀、銅等によりパターンを印刷
してから焼成したり、テフロン、ガラスエポキシ等の銅
張り基板をエッチング処理すること等により行われる。
【0027】
【実施例】 本発明を図示の実施例を用いてさらに詳し
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもの
ではない。
【0028】(実施例1) 図1に前記の平面アンテナ
の一例を示す。図1において、一辺が28mmの正方形
で厚さ6mmのアルミナ製基板1の1の面に放射導体2
が、他の面に接地導体3が設けられている。放射導体2
は、一辺24mmの正方形の形状を有し、その各辺の中
点よりその辺と直角に配向するように設けられた4本の
外部切り込み4と、放射導体2の対角線に沿って形成さ
れ、互いに直交する2本の内部切り込み5を備える。各
切り込みの幅は全て0.5mmである。又、長さは内部
切り込み7が22mm、内部切り込み6が24mm、外
部切り込み10及び12がそれぞれ6mmである。又、
外部切り込み11の長さは7mmであり、外部切り込み
13の長さは5mmである。給電点14は、内部切り込
み6及び内部切り込み7により形成される角の中線近傍
のインピーダンス50Ωに対応する点に設けられてい
る。給電点14の裏側には、接地導体3と基板1を貫通
する孔部15が設けられている。孔部15には、内径
0.8mmの7ターン巻いた径0.4mmの銅線から成
る導体16がコイル状に形成されて収納されており、導
体16の一端は給電点14に接続されている。
【0029】 このような正方形の放射導体に、90°
回転させても同一となるような点対称のパターンを設
け、更に、本実施例のように、内部切り込み6の長さと
内部切り込み7の長さを変えることにより、円偏波を発
生させることができる。
【0030】 又、孔部15を段差17を有する形状と
することにより、導体16の給電点14への半田付けが
容易となる。導体16の内径、巻数及び線径は、基板1
の素材、放射導体2のサイズ、切り込み4、5の長さ及
び幅、給電点14の位置等により適宜調整することが好
ましい。
【0031】 矩形状の放射導体に形成するパターンと
しては、本実施例のパターンを90°回転した図6に示
すようなパターン32を用いてもよい。
【0032】(実施例2) 図2に前記の平面アンテナ
の他の例を示す。実施例1に示す例と基本的には同じで
あるが、本実施例においては、平面アンテナ18のイン
ピーダンスを整合する手段として、放射導体2を設けた
側の基板1の面に、長さ13mm、幅0.2mm、スペ
ース1mmのストリップライン19を導電性の素材によ
り形成してある。なお、アルミナ製基板1のサイズは一
辺28mmである。各切り込みの幅は全て0.5mmで
あり、長さは切り込み26が22mm、切り込み27が
24mm、切り込み20及び22がそれぞれ6mmであ
る。又、切り込み21の長さは7mmであり、切り込み
23の長さは4mmである。ストリップライン19の長
さ及び幅は、基板1の素材、放射導体2のサイズ、切り
込み4、5の長さ及び幅、給電点14の位置等により適
宜、調整することが好ましい。このような構成とするこ
とにより、端子との接続部位28を基板1の縁部に配置
することができるため、アンテナ板とアース同志で背面
接合されるRFアンプを用いる場合の回路構成が容易と
なる。本実施例においても、放射導体2は正方形の形状
を有するが、切り込みの長さを相互に変えることで、実
施例1と同様に円偏波を発生させることができる。。
【0033】(実施例3、4) 図3及び図4に前記の
平面アンテナのさらに他の例を示す。図3及び図4に示
す平面アンテナ18において、正方形の放射導体2は9
0°回転させても同一の形状となるような点対称のパタ
ーンを有する。しかし、図3の例においては、内部切り
込み5の一本の延長線上に位置する放射導体2の外縁部
に切り欠き29を形成し縮退分離素子とすることで、円
偏波を発生させることが可能となる。又、同様の目的
で、図4の例においては、スタブ30を設け縮退分離素
子としている。この際、その延長線上に縮退分離素子が
設けられた内部切り込みと、給電点14と対角線の交点
を結んだ直線とが、40〜50°の角度で配向するよう
な構成とすることが円偏波軸比特性の点で好ましい。
【0034】(実施例5) 図5に、放射導体が長方形
である前記の平面アンテナの例を示す。本実施例におい
ては、放射導体2を縦23mm、横25mmの長方形す
ることにより、円偏波を発生させることが可能となる。
【0035】(実施例6) 図10に、円形の放射導体
を用いた前記の平面アンテナの例を示す。この場合も、
90°回転させても同一となるような点対称のパターン
を設け、更に切り込みを設ける。図10(a)に示す平
面アンテナ18は、2本の外部切り込み4及び1本の内
部切り込み5を備える。又、図10(b)の例は、4本
の外部切り込み4及び2本の内部切り込み5を備え、各
外部切り込み4及び内部切り込み5の長さは同じであ
る。そのため、円偏波を発生させるために切り欠き29
が設けられている。図10(c)の例は、8本の外部切
り込み4及び内部切り込み5を備え、円偏波を発生させ
るために、内部切り込みの1本36を他の内部切り込み
より長く形成してある。なお、放射導体を楕円形とする
ことによっても円偏波を発生させることができる。
【0036】(比較例1) 実施例1の平面アンテナと
同一の素材を用い、放射導体も実施例1のものと同様に
一辺が24mmの正方形とした平面アンテナを作製し
た。ただし、放射導体にはいかなる切り込みも設けなか
った。
【0037】(比較例2) 実施例1の平面アンテナと
同一の素材を用い、放射導体も実施例1のものと同様に
一辺が24mmの正方形とした平面アンテナを作製し
た。ただし、放射導体には、各々の辺より、各辺に直角
に配向する外部切り込みのみを設けた。各切り込みのサ
イズは、実施例1の平面アンテナの外部切り込みと同じ
である。
【0038】(比較例3) インピーダンスの整合手段
を有さない以外は、実施例1の平面アンテナと同様の構
成を有する平面アンテナを作製した。
【0039】(試験例1) 実施例1、比較例1及び2
の平面アンテナの共振周波数fR、及び実施例1の平面
アンテナと比較例の平面アンテナとの共振周波数の比
(fR比)を表1に示す。前出の式より、比較例1及び
2の平面アンテナを用いて1575MHzの共振周波数
を得るには、基板に比誘電率のより大きい素材を使用す
るか、又は放射導体のサイズを大きくする必要があるこ
とがわかる。なお、実施例1の平面アンテナにおいて
は、利得が比較例1及び2のものに比較し、僅かに小さ
くなったが、実用上は問題の無い範囲であった。
【0040】
【表1】
【0041】(試験例2) 実施例1と比較例3の平面
アンテナのインピーダンス特性を比較した。結果を図8
及び図9に示す。比較例3の平面アンテナでは、インピ
ーダンス特性がリターンロス2.7dBであり、マッチ
ングがとれていないが、実施例1の平面アンテナでは、
20.7dBとなりミスマッチングが解消された。
【0042】
【発明の効果】 本発明の平面アンテナは、従来の平面
アンテナに比べ小型であり、又、比誘電率の小さいアル
ミナ等の素材を用いて製造できるため、安価に製造でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の平面アンテナの一例を示す(a)側
断面図、(b)上面図、及び(c)底面図である。
【図2】 本発明の平面アンテナの他の例を示す(a)
側断面図、(b)上面図、及び(c)底面図である。
【図3】 本発明の平面アンテナのさらに他の例を示す
上面図である。
【図4】 本発明の平面アンテナのさらに他の例を示す
上面図である。
【図5】 本発明の平面アンテナのさらに他の例を示す
上面図である。
【図6】 本発明の平面アンテナの放射導体に設けられ
た切り込みによって形成されるパターンを示す説明図で
ある。
【図7】 従来の平面アンテナを示す(a)側断面図及
び(b)上面図である。
【図8】 本発明の平面アンテナの一例のインピーダン
ス特性を示すグラフである。
【図9】 従来の平面アンテナのインピーダンス特性を
示すグラフである。
【図10】 本発明の平面アンテナのさらに他の例を示
す上面図である。
【符号の説明】
1・・・基板、2・・・放射導体、3・・・接地導体、4・・・外部
切り込み、5・・・内部切り込み、6、7、10、11、
12、13・・・切り込み、14・・・給電点、15・・・孔
部、16・・・導体、17・・・段差、18・・・平面アンテ
ナ、19・・・ストリップライン、20、21、22、2
3、26、27・・・切り込み、28・・・接続部位、29・・
・切り欠き、30・・・縮退分離素子、32・・・パターン、
33・・・外部切り込み、34・・・内部切り込み、35・・・
ランド電極、36・・・長く形成した内部切り込み。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 平板状の誘電体から成る基板の一面に放
    射導体を、他面に接地導体を備え、当該放射導体上の一
    点を給電点とする平面アンテナにおいて、 当該放射導体が、その外縁部より形成されたスリット状
    の外部切り込みと、 当該放射導体の中央部に形成されたスリット状の内部切
    り込みを有することを特徴とする平面アンテナ。
  2. 【請求項2】 当該放射導体の形状が多角形である請求
    項1に記載の平面アンテナ。
  3. 【請求項3】 当該放射導体が矩形形状を有し、 当該外部切り込みを当該放射導体の辺より当該辺に直角
    に配向するように形成し、 当該内部切り込みを当該放射導体の対角線に沿って形成
    し、 当該内部切り込み及び外部切り込みの少なくとも一つ
    と、給電点と対角線の交点を結んだ直線とが40〜50
    °の角度で配向する請求項2に記載の平面アンテナ。
  4. 【請求項4】 当該外部切り込みを当該放射導体の各辺
    より形成し、 当該内部切り込みを当該放射導体の各対角線に沿って、
    当該放射導体の対角線の交点で交わるように形成した請
    求項3に記載の平面アンテナ。
  5. 【請求項5】 当該放射導体が矩形形状を有し、 当該外部切り込みを当該放射導体の頂点より当該放射導
    体の対角線に沿って形成し、 当該内部切り込みを当該放射導体の互いに対向する辺の
    中点を結んだ直線に沿って形成し、 当該内部切り込み及び外部切り込みの少なくとも一つ
    と、給電点と対角線の交点を結んだ直線とが40〜50
    °の角度で配向する請求項2に記載の平面アンテナ。
  6. 【請求項6】 当該外部切り込みを当該放射導体の各頂
    点より形成し、 当該内部切り込みを当該放射導体の互いに対向する辺の
    中点を結んだ直線の各々に沿って、当該放射導体の当該
    直線の交点で交わるように形成した請求項5に記載の平
    面アンテナ。
  7. 【請求項7】 当該放射導体の形状が正方形であり、 当該外部及び内部切り込みを当該放射導体を90°回転
    させても同一の形状となるように形成し、 当該放射導体の外縁部であって1の当該内部切り込みの
    延長線上に切り欠き又はスタブから成る縮退分離素子を
    形成し、 当該1の内部切り込みと、給電点と対角線の交点を結ん
    だ直線により形成される角が40〜50°である請求項
    4又は6のいずれかに記載の平面アンテナ。
  8. 【請求項8】 当該放射導体の形状が正方形であり、 当該外部切り込みの各辺上における形成位置が当該放射
    導体を90°回転させても同一であり、 同一直線上に位置する2の外部切り込みの長さの和又は
    1の内部切り込みの長さが、それぞれ他の同一直線上に
    位置する2の外部切り込みの長さの和又は他の内部切り
    込みの長さと異なる請求項4又は6に記載の平面アンテ
    ナ。
  9. 【請求項9】 当該放射導体の形状が長方形である請求
    項4又は6に記載の平面アンテナ。
  10. 【請求項10】 当該放射導体の形状が円形又は楕円形
    であり、 当該外部切り込みを外縁部より中心点に向かって形成
    し、 当該内部切り込みを中心点より外縁部に向かって形成
    し、 当該内部切り込み及び外部切り込みの少なくとも一つ
    と、給電点と対角線の交点を結んだ直線とが40〜50
    °の角度で配向する請求項1に記載の平面アンテナ。
  11. 【請求項11】 当該放射導体の形状が円形であり、当
    該外部及び内部切り込みを当該放射導体を90°回転さ
    せても同一の形状となるように形成し、 当該放射導体の外縁部であって1の当該内部切り込みの
    延長線上に切り欠き又はスタブから成る縮退分離素子を
    形成し、 当該1の内部切り込みと、給電点と中心点を結んだ直線
    とが40〜50°の角度で配向する請求項10に記載の
    平面アンテナ。
  12. 【請求項12】 当該放射導体の形状が円形であり、 当該外部及び内部切り込みの形成位置が当該放射導体を
    90°回転させても同一であり、 同一直線上に位置する2の外部切り込みの長さの和又は
    1の内部切り込みの長さが、それぞれ他の同一直線上に
    位置する2の外部切り込みの長さの和又は他の内部切り
    込みの長さと異なり、 当該長さの異なる2の外部切り込み又は1の内部切り込
    みと、給電点と中心点を結んだ直線とが40〜50°の
    角度で配向する請求項10に記載の平面アンテナ。
  13. 【請求項13】 各4本の当該外部切り込み及び内部切
    り込みを有する請求項11又は12に記載の平面アンテ
    ナ。
  14. 【請求項14】 当該基板及び接地導体を貫通する孔部
    を設け、当該孔部に所定のインダクタンスを有する素子
    を収納し、当該導体を介して給電点と端子とを接続する
    請求項1〜13のいずれかに記載の平面アンテナ。
  15. 【請求項15】 放射導体を設けた側の当該基板の面
    に、所定のインダクタンスを有するストリップラインを
    導電性の素材により形成し、当該ストリップラインを介
    して給電点と端子とを接続する請求項1〜13のいずれ
    に記載の平面アンテナ。
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