JPH1174721A

JPH1174721A - 表面実装型円偏波アンテナおよびそれを用いた無線装置

Info

Publication number: JPH1174721A
Application number: JP14311498A
Authority: JP
Inventors: Akira Miyata; 明宮田; Kazuya Kawabata; 一也川端
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-06-25
Filing date: 1998-05-25
Publication date: 1999-03-16

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】小形化と表面実装が可能で、特性の調整が容
易な表面実装型円偏波アンテナを提供する。【解決手段】誘電体よりなる平板状の基体２の一方主
面に矩形の放射電極３と、一端が開放のマイクロストリ
ップ状の給電電極４を形成し、他方主面にグランド電極
を形成する。そして、給電電極４の開放端と放射電極３
の縁端部である１つの辺をギャップ５を介して近接して
配置する。【効果】放射電極と給電電極をギャップを介して電磁
界的に結合することにより、放射電極と給電電極を直接
接続するときに必要な１／４波長インピーダンス変換器
が不要となる。また、放射電極に対して１点で給電でき
るため、信号分配器や９０度移相器などが不必要とな
る。さらには、このように構成することにより、共振周
波数の調整と軸比およびインピーダンス整合の調整をほ
ぼ独立に行うことができるようになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、表面実装型円偏波
アンテナおよびそれを用いた無線装置、特に衛星携帯電
話や高速道路の自動料金収受システムなどに利用される
表面実装型円偏波アンテナおよびそれを用いた無線装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に、従来のマイクロストリップ型の
表面実装型円偏波アンテナの例を示す。図６は方形パッ
チアンテナである。図６において、表面実装型円偏波ア
ンテナ５０は、誘電体からなる平板状の基体５１の一方
主面に矩形の放射電極５２が形成され、他方主面のほぼ
全面にグランド電極５６が形成され、他方主面側から基
体５１を貫通して放射電極５２と接続する給電線５３が
設けられている。また、基体５１の端面には複数の半田
付け用の固定電極５７が形成され、固定電極５７はグラ
ンド電極５６に接続されている。なお、給電線５３は基
体５１の他方主面に形成されたグランド電極５６とは絶
縁されている。ここで、放射電極５２と給電線５３との
接続点（給電点５４）は、放射電極５２の中心と、１つ
のコーナーの間の適当な位置に設定されている。また、
放射電極５２は、その長辺がアンテナの周波数における
波長の１／２よりすこし長くなるように、短辺がすこし
短くなるように設定されている。

【０００３】このように構成された表面実装型円偏波ア
ンテナ５０において、信号源５５から給電線５３と給電
点５４を介して放射電極５２に信号を入力すると、放射
電極５２において長辺方向と短辺方向の両方向で共振状
態となる。図６において、ｉｊとｉｋは２つの共振状態
における共振電流を表している。この時、２つの共振電
流ｉｊとｉｋは、その向きが直交し、位相が９０度異な
るものとなる。この結果、２つの共振電流からそれぞれ
放射される電波も、その向きが直交し、位相が９０度異
なる直線偏波となるため、重ね合わされて円偏波の電波
となり、主として放射電極５２の法線方向に放射され
る。

【０００４】図７に、従来の表面実装型円偏波アンテナ
の別の例を示す。図７も図６と同様のマイクロストリッ
プ型の方形パッチアンテナである。図７において、表面
実装型円偏波アンテナ６０は、誘電体からなる平板状の
基体６１の一方主面に方形の放射電極６２が形成され、
他方主面のほぼ全面にグランド電極６８が形成され、放
射電極６２の隣接する２つの辺の中央にそれぞれ接続す
るそれぞれ２つの１／４波長インピーダンス変換器６３
ａおよび６３ｂと給電電極６４ａおよび６４ｂが形成さ
れている。そして、１つの信号源６５から、信号分配器
６６を介して、給電電極６４ａには直接、給電電極６４
ｂにはさらに９０度移相器６７を介して給電されてい
る。なお、給電電極６４ａおよび６４ｂは、基体６１の
他方主面に形成されたグランド電極６８とは絶縁されて
いる。

【０００５】このように構成された表面実装型円偏波ア
ンテナ６０において、信号源６５からの信号は信号分配
器６６で２つに分けられ、一方は給電電極６４ａと１／
４波長インピーダンス変換器６３ａを介して放射電極６
２に、他方は９０度移相器６４で位相を９０度ずらされ
て給電電極６４ｂと１／４波長インピーダンス変換器６
３ｂを介して放射電極６２に入力される。放射電極６２
に入力された信号は、図６に示した表面実装型円偏波ア
ンテナ５０と同様に、直交する２つの方向で共振状態と
なり、円偏波の電波を放射する。なお、図７において、
ｉｍとｉｎは直交する共振電流を表している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示した表面実装型円偏波アンテナ５０の場合、給電線５
３が基体５１の一方主面から他方主面にかけて貫通する
構造になっているため、表面実装が困難になり、実装コ
ストが高くなるという問題がある。

【０００７】また、図７に示した表面実装型円偏波アン
テナ６０の場合は、２つの給電電極６４ａおよび６４ｂ
に互いに位相が９０度ずれた信号を供給するために、９
０度移相器６７や信号分配器６６が必要となり、小形化
の妨げになり、またコストアップになる。そして、給電
電極６４ａおよび６４ｂが放射電極６２に直流的に接続
されているため、入力インピーダンスのマッチングを取
るために給電電極６４ａおよび６４ｂと放射電極６２の
間に１／４波長インピーダンス変換器６３ｓおよび６３
ｂが必要となり、これによって損失が増加したり、小形
化の妨げになったりするという問題がある。

【０００８】さらには、図６および図７の表面実装型円
偏波アンテナのいずれにおいても、共振周波数と軸比
（２つの直線偏波の電波の偏波面の直交の度合い）およ
びインピーダンス整合の調整を独立して行うことが困難
で、特性の調整が複雑になるという問題がある。

【０００９】そこで、本発明は、小形化と表面実装が可
能で、特性の調整が容易な表面実装型円偏波アンテナお
よびそれを用いた無線装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明の表面実装型円偏波アンテナは、誘電体ま
たは磁性体よりなり、一方主面と他方主面を有する平板
状の基体と、前記基体の一方主面に形成された矩形もし
くは楕円形の放射電極と、前記放射電極にギャップを介
して近接して形成された、一端が開放のマイクロストリ
ップ状の給電電極と前記基体の他方主面に形成されたグ
ランド電極とからなることを特徴とする。

【００１１】また、本発明の表面実装型円偏波アンテナ
は、前記ギャップが、前記給電電極の側縁部と前記放射
電極との間に形成したことを特徴とする。

【００１２】また、本発明の表面実装型円偏波アンテナ
は、前記放射電極が、前記給電電極と前記ギャップを介
して対向する第１の縁端部、および前記第１の縁端部と
対向する第２の縁端部を有し、前記第１および第２の縁
端部の少なくとも一方に凹部を形成したことを特徴とす
る。

【００１３】また、本発明の無線装置は、上記のいずれ
かの表面実装型円偏波アンテナを用いて構成したことを
特徴とする。

【００１４】このように構成することにより、本発明の
表面実装型円偏波アンテナによれば、小形化と表面実装
化が可能となり、またアンテナ特性の調整が容易にな
る。

【００１５】また、本発明の無線装置によれば、小型化
と低コスト化を図ることができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の表面実装型円偏
波アンテナの一実施例を示す。図１において、表面実装
型円偏波アンテナ１は、誘電体からなる平板状の基体２
の一方主面に矩形の放射電極３と一端が開放のマイクロ
ストリップ状の給電電極４が形成され、他方主面のほぼ
全面にグランド電極６が形成されている。また、基体２
の端面には複数の半田付け用の固定電極７が形成され、
固定電極７はグランド電極６に接続されている。ここ
で、放射電極３の縁端部である１つの辺と給電電極４の
開放端はギャップ５を介して近接して配置されている。
また、放射電極３は、１つの対角の長さがアンテナの周
波数における波長の１／２よりすこし長くなり、もう１
つの対角の長さがすこし短くなるように設定されてい
る。なお、給電電極４は、基体２の他方主面に形成され
たグランド電極６とは絶縁されている。

【００１７】このように構成された表面実装型円偏波ア
ンテナ１において、信号源８から給電電極４に信号を入
力すると、電磁界的な結合により、ギャップ５を介して
放射電極３に信号が入力される。放射電極３に入力され
た信号は、２つの対角線方向で共振状態となる。図１に
おいて、ｉａとｉｂは２つの共振状態における共振電流
を表している。この時、２つの共振電流ｉａとｉｂは、
その向きが直交し、位相が９０度異なるものとなる。こ
の結果、２つの共振電流からそれぞれ放射される電波
も、その向きが直交し、位相が９０度異なる直線偏波と
なるため、重ね合わされて円偏波の電波となり、主とし
て放射電極３の法線方向に放射される。

【００１８】このように、給電電極４と放射電極３を電
磁界的に結合させて給電することにより、給電電極を放
射電極に直接接続するときに必要な１／４波長インピー
ダンス変換器が不要となり、低損失と小形化を実現する
ことができる。また、放射電極３に対して１点で給電で
きるため、信号分配器や９０度移相器などが不必要とな
り、これによっても小形化と低コスト化を図ることがで
きる。さらには、このように構成することにより、共振
周波数の調整と軸比およびインピーダンス整合の調整を
ほぼ独立に行うことができるようになるため、従来に比
べて調整が容易となり、アンテナ特性の調整コストの低
減を図ることができる。

【００１９】なお、図１の表面実装型円偏波アンテナ１
においては、給電電極４の開放端を、放射電極３の１つ
の辺のほぼ中央部とギャップ５を介して近接させてい
る。しかし、この近接の位置は必ずしも放射電極の１つ
の辺のほぼ中央部に限るものではなく、１つの辺の端の
部分や２つの辺が交わるコーナー部分においてギャップ
を介して近接させても構わない。

【００２０】図２に、本発明の表面実装型円偏波アンテ
ナの別の実施例を示す。図２で、図１と同一もしくは同
等の部分には同じ記号を付し、その説明は省略する。図
２において、表面実装型円偏波アンテナ１０の放射電極
３は、その縁端部である１つの辺において給電電極１１
の側縁部とギャップ１２を介して近接して配置されてい
る。この点以外は図１の実施例と同じである。

【００２１】このように構成された表面実装型円偏波ア
ンテナ１０において、信号源８から給電電極１１に信号
を入力すると、電磁界的な結合により、ギャップ１２を
介して放射電極３に信号が入力される。放射電極３に入
力された信号は、２つの対角線方向でそれぞれ直交し、
位相が９０度異なる状態で共振する。図２において、ｉ
ｃとｉｄは２つの共振状態における共振電流を表してい
る。そして、この２つの共振電流ｉｃとｉｄのエネルギ
ーの一部が図１と同様に放射電極３から円偏波の信号と
して放射される。

【００２２】このように、給電電極１１の側縁部と放射
電極３を近接させる場合、図１の実施例のように給電電
極の開放端を放射電極に近接させる場合に比べて電磁界
的な結合の度合いが弱くなるため、ギャップ１２を小さ
くすることができ、さらなる小形化が可能となる。ま
た、結合が弱いためにギャップ１２の間隔がばらついて
も電磁界的な結合のばらつきが小さく、安定なアンテナ
特性を得ることができ、歩留まりを向上させることがで
きる。

【００２３】なお、図２の表面実装型円偏波アンテナ１
０においては、給電電極１１の側縁部を、放射電極３の
縁端部である１つの辺のほぼ全体とギャップ１２を介し
て対向して近接させている。しかし、これは必ずしも１
つの辺の全体と対向させる必要はなく、放射電極の１つ
の辺の端の部分においてのみギャップを介して対向させ
ても構わない。

【００２４】図３に、本発明の表面実装型円偏波アンテ
ナのさらに別の実施例を示す。図３で、図２と同一もし
くは同等の部分には同じ記号を付し、その説明は省略す
る。図３において、表面実装型円偏波アンテナ２０の放
射電極２１は楕円形に形成され、その縁端部の一部が給
電電極１１の側縁部とギャップ２２を介して近接して配
置されている。

【００２５】このように構成された表面実装型円偏波ア
ンテナ２０において、信号源８から給電電極１１に信号
を入力すると、電磁界的な結合により、ギャップ２２を
介して放射電極２１に信号が入力される。放射電極２１
に入力された信号は、放射電極２１の長軸方向と短軸方
向の２つの方向でそれぞれ直交し、位相が９０度異なる
状態で共振する。図３において、ｉｅとｉｆは２つの共
振状態における共振電流を表している。そして、この２
つの共振電流ｉｅとｉｆのエネルギーの一部が図２と同
様に放射電極２１から円偏波の信号として放射される。

【００２６】このように、放射電極を楕円形に形成する
ことによって、放射電極のコーナー部分における損失を
減らし、アンテナ利得を改善することができる。

【００２７】図４に、本発明の表面実装型円偏波アンテ
ナのさらに別の実施例を示す。図４で、図２と同一もし
くは同等の部分には同じ記号を付し、その説明は省略す
る。図４において、表面実装型円偏波アンテナ３０の放
射電極３１は矩形に形成され、その縁端部のうち、給電
電極１１とギャップ３２を介して近接する第１の縁端部
と、これに対向する第２の縁端部には、それぞれ凹部３
３ａおよび３３ｂが設けられている。

【００２８】このように構成された表面実装型円偏波ア
ンテナ３０において、信号源８から給電電極１１に信号
を入力すると、給電電極１１と放射電極３１との間のギ
ャップ３２を介する電磁界的な結合により放射電極３１
に信号が入力される。放射電極３１に入力された信号
は、その２つの対角線方向でそれぞれ直交し、位相が９
０度異なる状態で共振する。図４において、ｉｇとｉｈ
は２つの共振状態における共振電流を表している。そし
て、この２つの共振のエネルギーの一部が図２の表面実
装型円偏波アンテナ１０と同様に放射電極３１から円偏
波の信号として放射される。

【００２９】ただ、表面実装型円偏波アンテナ３０の場
合、放射電極３１の２つの凹部３３ａおよび３３ｂによ
って、放射電極３１を流れる２つの対角線方向の共振電
流ｉｇとｉｈの経路が凹部３３ａがおよび３３ｂがない
場合に比べてともに長くなるため、インダクタンスが増
加し、共振周波数が低くなる。これは、逆にいえば凹部
の無い放射電極と同じ共振周波数を実現するためには、
放射電極のサイズを小さくする必要があるということで
あり、凹部を設けることによって放射電極の小形化が、
ひいては表面実装型円偏波アンテナの小形化が実現でき
る。

【００３０】なお、図４の実施例においては、放射電極
の縁端部のうち、給電電極に近接する第１の縁端部と、
それに対向する第２の縁端部の２か所に凹部を設けた
が、いずれか１か所にのみ凹部を設けたものでも構わな
い。また、放射電極を矩形としたが、これは楕円形とし
ても構わない。

【００３１】また、以上の図１ないし図４の実施例にお
いては、表面実装型円偏波アンテナを構成する基体を誘
電体としたが、これも誘電体に限るものではなく、磁性
体を用いても構わない。

【００３２】図５に、本発明の円偏波アンテナを用いた
無線装置の一実施例としてのナビゲーションシステムの
構成を示す。

【００３３】図５において、無線装置４０は、本発明の
表面実装型円偏波アンテナ１、アンテナ１に接続された
受信部４１、受信部４１に接続された信号処理部４２、
信号処理部４２にそれぞれ接続された地図システム４
３、ディスプレイ４４およびインターフェース部４５か
ら構成されている。アンテナ１は複数のＧＰＳ衛星から
の電波を受信し、受信部４１ではその電波から各種の信
号を取り出す。信号処理部４２では受信した信号から無
線装置４０自身、すなわち無線装置４０を搭載した自動
車の現在位置を求め、ＣＤ−ＲＯＭなどの地図ソフトを
搭載した地図システム４３やリモコンなどのインターフ
ェース部４５と連携してディスプレイ４４上に地図と現
在位置を表示する。

【００３４】このように、本発明の表面実装型円偏波ア
ンテナを用いて無線装置の１つであるナビゲーションシ
ステムを構成することにより、無線装置自身の小型化や
低コスト化、さらには小型化によってアンテナを配置す
る場所の自由度が広がることによる、例えば自動車にお
けるナビゲーションシステムの設置コストの低減などを
図ることができる。

【００３５】なお、無線装置４０においては図１に示し
た表面実装型円偏波アンテナ1を用いて構成したが、こ
れは図２〜４に示した表面実装型円偏波アンテナ１０、
２０、３０を用いて構成しても同様の作用効果を奏する
ものである。

【００３６】

【発明の効果】本発明の表面実装型円偏波アンテナによ
れば、矩形もしくは楕円形の放射電極を、先端が開放の
マイクロストリップ状の給電電極の開放端もしくは側縁
部とギャップを介して近接して形成することにより、給
電電極を放射電極に直接接続するときに必要な１／４波
長インピーダンス変換器が不要となり、低損失と小形化
を実現することができる。また、放射電極に対して１点
で給電できるため、信号分配器や９０度移相器などが不
必要となり、これによっても小形化と低コスト化を図る
ことができる。さらには、このように構成することによ
り、共振周波数の調整と軸比およびインピーダンス整合
の調整をほぼ独立に行うことができるようになるため、
従来に比べて特性の調整が容易となり、特性の調整コス
トの低減を図ることができる。

【００３７】また、放射電極の、給電電極と近接する第
１の縁端部およびこれに対向する第２の縁端部の少なく
とも一方に凹部を設けることにより、放射電極の小形
化、ひいては表面実装型円偏波アンテナの小形化を図る
ことができる。

【００３８】また、本発明の無線装置によれば、小型化
と低コスト化を図ることができ、さらには、小型化でア
ンテナを配置する場所の自由度が広がることにより無線
装置の設置コストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面実装型円偏波アンテナの一実施例
の斜視図である。

【図２】本発明の表面実装型円偏波アンテナの別の実施
例の斜視図である。

【図３】本発明の表面実装型円偏波アンテナのさらに別
の実施例の斜視図である。

【図４】本発明の表面実装型円偏波アンテナのさらに別
の実施例の斜視図である。

【図５】本発明の無線装置の一実施例のブロック図であ
る。

【図６】従来の表面実装型円偏波アンテナを示す斜視図
である。

【図７】従来の表面実装型円偏波アンテナの別の例を示
す斜視図である。

【符号の説明】

１…表面実装型円偏波アンテナ２…基体３…放射電極４…給電電極５…ギャップ６…グランド電極７…固定電極ｉａ、ｉｂ…共振電流４０…無線装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体または磁性体よりなり、一方主面
と他方主面を有する平板状の基体と、前記基体の一方主面に形成された矩形もしくは楕円形の
放射電極と、前記放射電極にギャップを介して近接して
形成された、一端が開放のマイクロストリップ状の給電
電極と前記基体の他方主面に形成されたグランド電極と
からなることを特徴とする表面実装型円偏波アンテナ。
【請求項２】前記ギャップは、前記給電電極の側縁部
と前記放射電極との間に形成したことを特徴とする、請
求項１に記載の表面実装型円偏波アンテナ。
【請求項３】前記放射電極は、前記給電電極と前記ギ
ャップを介して対向する第１の縁端部、および前記第１
の縁端部と対向する第２の縁端部を有し、前記第１およ
び第２の縁端部の少なくとも一方に凹部を形成したこと
を特徴とする、請求項１または２に記載の表面実装型円
偏波アンテナ。
【請求項４】請求項1ないし３のいずれかに記載の表面
実装型円偏波アンテナを用いて構成したことを特徴とす
る無線装置。