JPH08307134A - アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の目的は、絶縁された平面基板の上面
に固定された平面パッチ・アンテナを有する、マイクロ
ストリップ・アンテナと反射器アンテナの混成であるア
ンテナを提供することである。 【解決手段】 基板は、１つまたは複数の絶縁された結
合手段によってグラウンド平面に結合されて、その間に
エアギャップを形成する。送受信器に接続可能な同軸ケ
ーブルを、その外側導体でグラウンド平面の底面に結合
し、その内側導体を給電ピンに結合する。この給電ピン
は、グラウンド平面を通り、パッチの表面へ貫通する。
給電ピンは、はんだ付けによってパッチに固定される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アンテナに関し、
具体的には平面アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】広帯域高利得平面アンテナは、無線ロー
カル・エリア・ネットワーク、（ＬＡＮ）、無線広域ネ
ットワーク（ＷＡＮ）、無線パーソナル・エリア・ネッ
トワーク（ＰＡＮ）を含む多くの無線応用分野に必要で
ある。アンテナは、アクセス・ポイントまたは基地局に
使用され、壁または天井に取り付けられる。このような
アンテナは、人目につかず、偏平であることが好まし
い。従来技術のアンテナ（パラボラ・アンテナ、ホーン
・アンテナ、反射器アンテナ、八木アンテナなど）は、
これに関して落第である。しかし、これらのアンテナの
高利得は、所与の方向で放射が増大するため、広範囲に
わたる通達範囲を提供する点で効果的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】高利得をもたらす広帯
域平面マイクロストリップ・アンテナは、マイクロスト
リップ・アンテナが本来非常に狭帯域なので、設計が非
常に困難である。マイクロストリップ・アンテナは共振
構造なので、プロセス変動や製造公差に非常に敏感にな
る傾向もある。注意深く設計しないと、製造中に同調を
とる必要が生じ、そのために、製造コストが非現実的に
高くなる。マイクロストリップ・アンテナには、所望の
全帯域にわたってインピーダンス・マッチングされるた
めに、高度に制御された給電構造も必要である。しか
し、制御された給電は、アンテナ・ケーブルとアンテナ
の接続に、標準ＳＭＡ型コネクタを使用するめっきスル
ー・ホールなどの高価なコネクタを使うことによっての
み実現できる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、平面絶縁性基
板と、基板の上面に固定された導電パッチと、絶縁性接
続手段によって基板の下面に結合されたグラウンド平面
とを含むアンテナであって、基板とグラウンド平面と
が、アンテナの帯域幅と利得を制御するためのエアギャ
ップをその間に形成し、前記アンテナがさらに、パッチ
と送信器とまたはパッチと受信器とを結合する手段を有
する給電機構を含み、給電機構が同軸ケーブルを含み、
同軸ケーブルの導体の一方が、グラウンド平面に電気的
に結合され、同軸ケーブルの導体の他方が、パッチに電
気的に結合される、アンテナである。

【０００５】

【発明の実施の形態】図１ないし図３は、本発明の好ま
しい実施例を詳細に示す図である。図１は、本発明の好
ましい実施例の平面図である。このアンテナには、プリ
ント回路基板などの絶縁された平面基板１に取り付けら
れたパッチ平面アンテナ１１が含まれる。絶縁された平
面基板１は、下で述べる形でグラウンド平面２に結合さ
れる。パッチ平面アンテナ１１は、給電機構１２によっ
て導体を介して送信器または受信器に結合される。グラ
ウンド平面２は、導電材料（好ましい実施例ではアルミ
ニウムまたはブリキ（すずめっき鋼））から作られる。
図２に、図１のアンテナの断面図を示す。図２からわか
るように、絶縁された平面基板１は、絶縁されたスタン
ドオフ４によってグラウンド平面２から離されている。
この離隔が、基板とグラウンド平面の間のエアギャップ
１０の形成をもたらす。このエアギャップは、２つの目
的すなわち、１）アンテナの利得を高め、２）アンテナ
の帯域幅を広げるために働く。具体的に言うと、このエ
アギャップの幅が広いほど、利得が高くなり、動作帯域
が広くなる。スタンドオフ４は、基板とグラウンド平面
の離隔と結合の両方を行うが、標準品として簡単に入手
できるナイロンの絶縁性スタンドオフであることが好ま
しい。なお、レードーム（RADOME）とは、アンテナを保
護するためのおおいである。

【０００６】パッチ平面アンテナ１１は、グラウンド平
面内の穴５を介して給電機構１２まで通される同軸ケー
ブル１３を介して送信器または受信器に結合される。同
軸ケーブルは、グラウンド平面に隣接する外側表面の絶
縁物を除去されており、ケーブルの露出された外側導体
７は、ブラケットまたは「ストラップ」６（図４に詳細
を示す）によってグラウンド平面の底面と電気的に接触
して配置される。ストラップとグラウンド平面は、リベ
ット８によって結合され、その結果、グラウンド平面へ
のはんだ付けが不要になっている。グラウンド平面は大
きなヒート・シンクであり、したがってすばやいはんだ
付けが困難なので、これは有利である。このリベット止
め加工のおかげで、本発明のアンテナの製造が非常に安
価になる。また、好ましい実施例では、ケーブルの外側
導体７とストラップ６の間に導電性フォームを配置し
て、連続的な接地を確保している。

【０００７】同軸ケーブルの中心導体１４は、下記のよ
うにパッチ・アンテナに結合される。中心導体は、点９
ａで給電ピン９にはんだ付けされる。給電ピン９は、グ
ラウンド平面と基板によって画定されるエアギャップを
通って垂直に上に延び、基板とパッチをパッチ内の所望
の位置で貫通し、はんだ付けによってパッチに固定され
る。したがって、中心導体を、高価なコネクタを使用せ
ずにパッチ・アンテナに結合することができる。

【０００８】ケーブル・アセンブリ全体（パッチへのは
んだ付け接続を含む）が、インピーダンスを制御された
給電構造（５０Ω）をパッチにもたらし、これによっ
て、電圧定在波比（ＶＳＷＲ）を低く保てるようになる
（２．４ＧＨｚないし２．４８４ＧＨｚの帯域にわたっ
て２．０：１．０未満（すなわち、電力の−９．６ｄＢ
未満が送信器へ反射される））。この構成では、同調な
しの製造可能性ももたらされる。

【０００９】ここで図５を参照して、本発明のもう１つ
の実施例を説明する。基板３１とグラウンド平面３２を
離すエアギャップ３０に誘電材料３３を置くことによっ
て、図１の実施例を異なる動作周波数帯域に修正するこ
とができる。図からわかるように、この誘電材料は、エ
アギャップ全体を満たす必要はない。そうではなくて、
アンテナを所望の周波数に同調させるのに必要な寸法だ
けを有する誘電材料を使用しなければならない。フォー
ムまたは非導電性ゴムなどの入手可能な材料を使用する
ことができる。誘電材料が大きいほど、アンテナの共振
周波数が低くなる。

【００１０】結論 上で説明した本発明は、反射器とマイクロストリップ設
計を混成した、低コスト高利得広帯域平面アンテナであ
る。このアンテナの好ましい実施例は、ＩＳＭ２．４Ｇ
Ｈｚないし２．４８４ＧＨｚ帯域で１１．７５ｄＢｉの
利得と１０％の帯域幅を有する。好ましい実施例では、
エアギャップが６．３５ｍｍであり、パッチ寸法は４
１．５ｍｍ×４１．５ｍｍであり、パッチのアンテナ穴
は、底から４．８２６ｍｍで中央に配置されている。偏
波は、地球に関するアンテナの向きに応じて、垂直また
は水平のいずれかである。給電機構は、単純な同軸線と
することができ、これは、はんだ付けなどによって、グ
ラウンド平面とアンテナの間に垂直に配置されたピンに
接続される。これは、従来技術で一般的な給電機構とア
ンテナの間の高価なコネクタの必要がない、安価でイン
ピーダンスを制御された給電機構である。このアンテナ
の残りは、このアンテナが製造中の同調なしで繰返し可
能な中央周波数と帯域幅特性を有するような公差を有す
る標準部品から構成される。

【００１１】好ましい実施例に関して本発明を具体的に
説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱する
ことなく、開示された実施例に対して修正を加えること
ができることを理解されたい。

【００１２】まとめとして、本発明の構成に関して以下
の事項を開示する。

【００１３】（１）平面絶縁性基板と、基板の上面に固
定された導電パッチと、絶縁性接続手段によって基板の
下面に結合されたグラウンド平面とを含み、基板とグラ
ウンド平面とが、アンテナの帯域幅と利得を制御するた
めのエアギャップをその間に画定し、パッチと送信器ま
たはパッチと受信器を結合する手段を有する給電機構を
含み、前記給電機構が同軸ケーブルを含み、前記同軸ケ
ーブルの導体の一方が、前記グラウンド平面に電気的に
結合され、前記同軸ケーブルの導体の他方が、前記パッ
チに電気的に結合されるアンテナ。 （２）導体の他方が、基板とグラウンド平面との間に配
置された給電ピンを介してパッチに結合され、前記給電
ピンが、基板内の穴を通ってパッチを貫通し、前記給電
ピンが、グラウンド平面内の穴を介して他方の導体に結
合され、給電ピンと導体の他方とが、グラウンド平面か
ら電気的に絶縁されることを特徴とする、上記（１）の
アンテナ。 （３）パッチ・アンテナが、平坦であり、形状が四辺形
であることを特徴とする、上記（２）のアンテナ。 （４）さらに、グラウンド平面の底面に固定された導電
ストラップを含み、同軸ケーブルがストラップとグラウ
ンド平面との間に配置され、このため、ストラップが、
一方の導体とグラウンド平面との間の電気的接触を容易
にする、上記（２）のアンテナ。 （５）パッチが銅から形成されることを特徴とする、上
記（１）のアンテナ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるアンテナの平面図である。

【図２】図１の平面図の線１ｂに沿った断面図である。

【図３】図１のアンテナの底面図である。

【図４】本発明の好ましい実施例に使用されるストラッ
プの詳細図である。

【図５】本発明のもう１つの実施例の平面図である。

【図６】図５の実施例の線３ｂに沿った断面図である。

【符号の説明】

１ 絶縁された平面基板 ２ グラウンド平面 ４ スタンドオフ ５ 穴 ６ ストラップ ７ 外側導体 ８ リベット ９ 給電ピン ９ａ 点 １０ エアギャップ １１ パッチ平面アンテナ １２ 給電機構 １３ 同軸ケーブル １４ 中心導体 ３０ エアギャップ ３１ 基板 ３２ グラウンド平面 ３３ 誘電材料

フロントページの続き (72)発明者 ウィリアム・バレル・ナネリー アメリカ合衆国27511 ノースカロライナ 州ケアリー シャドウ・ベンド・レーン 100 (72)発明者 サイラ・ポンナパッリ アメリカ合衆国12524 ニューヨーク州フ ィッシュキレ ヴァン・ヴィック・レー ク・ロード 366 (72)発明者 ブライアン・スコット・オークレイ アメリカ合衆国27217 ノースカロライナ 州バーリントン ベインズ・ロード 1425 (72)発明者 モデスト・マイケル・オプリスコ アメリカ合衆国10541 ニューヨーク州マ ホパックセンター・ロード 18

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平面絶縁性基板と、 基板の上面に固定された導電パッチと、 絶縁性接続手段によって基板の下面に結合されたグラウ
   ンド平面とを含み、 基板とグラウンド平面とが、アンテナの帯域幅と利得を
   制御するためのエアギャップをその間に画定し、 パッチと送信器またはパッチと受信器を結合する手段を
   有する給電機構を含み、前記給電機構が同軸ケーブルを
   含み、前記同軸ケーブルの導体の一方が、前記グラウン
   ド平面に電気的に結合され、前記同軸ケーブルの導体の
   他方が、前記パッチに電気的に結合されるアンテナ。
2. 【請求項２】導体の他方が、基板とグラウンド平面との
   間に配置された給電ピンを介してパッチに結合され、前
   記給電ピンが、基板内の穴を通ってパッチを貫通し、前
   記給電ピンが、グラウンド平面内の穴を介して他方の導
   体に結合され、 給電ピンと導体の他方とが、グラウンド平面から電気的
   に絶縁されることを特徴とする、請求項１のアンテナ。
3. 【請求項３】パッチ・アンテナが、平坦であり、形状が
   四辺形であることを特徴とする、請求項２のアンテナ。
4. 【請求項４】さらに、グラウンド平面の底面に固定され
   た導電ストラップを含み、同軸ケーブルがストラップと
   グラウンド平面との間に配置され、このため、ストラッ
   プが、一方の導体とグラウンド平面との間の電気的接触
   を容易にする、請求項２のアンテナ。
5. 【請求項５】パッチが銅から形成されることを特徴とす
   る、請求項１のアンテナ。