JPWO2006011459A1 - パッチアンテナ及びパッチアンテナの製造方法 - Google Patents

Abstract

従来より小型及び低コストの構成であっても、第２導体（放射電極）の長辺方向及び短辺方向で共振が可能となり、２つの周波数帯域の電波を送受信することを可能とする。 パッチアンテナ１は、放射電極１１と接地導体１３とが対向配置され、放射電極１１と接地導体１３との間隙に誘電体１２を備える。放射電極１１及び接地導体１３は、導電性に優れた材料からなり、放射電極１１は、平面視が矩形状であり、放射電極１１の対向する２辺（ここでは短辺）からの距離が略等しい位置に、給電部Ｓが設けられる。放射電極１１の一端辺から放射電極１１の長辺方向（ここでは−Ｙ方向）に対して、距離ａの位置を境界に、誘電体１２の厚みが異なっている。

Description

本発明は、パッチアンテナ及びパッチアンテナの製造方法に関し、より具体的には、極めて簡単な構成であっても二つの周波数帯域の電磁波（以下、電波という）を送受信することができるパッチアンテナ及びパッチアンテナの製造方法に関する。

コンピュータを無線で結ぶ無線ＬＡＮが家庭及びオフィスで急速に浸透している。無線ＬＡＮのような通信に利用するアンテナには、かなりの小型化が要求されるために、パッチアンテナが広く利用されている。

一般的なパッチアンテナ１００は、図１４に示すように、矩形状の導体（放射電極１０１）、誘電体１０２及び接地導体１０３で構成される平面型のアンテナであり、放射電極１０１の中心Ｃからオフセット（距離ｂ）された位置に給電部Ｓが設けられる。共振周波数は、放射電極１０１の形状、誘電体１０２の誘電率及び厚みによって決定される。放射電極１０１の形状が矩形状（２辺の長さ：Ｌ，Ｗ）、誘電体１０２の比誘電率がεｒ及び厚みがｈである場合、フリンジング効果を考慮して、Ｌ_ｅｆｆを等価辺長、ε_ｅを実効誘電率、ｃを光速とすれば、共振周波数ｆ_ｒは、式（１）に示すように決定される。

ところで、無線ＬＡＮの周波数帯としては、現在２．４ＧＨｚ帯が主流であるが、通信速度及び情報量に優れる高周波の帯域（５．２ＧＨｚ帯）が普及しつつある。そこで、二つの周波数帯域の電波を送受信することができるパッチアンテナが考案されている。２周波送受信用のパッチアンテナは、上面に放射電極が設けられた第１誘電体と、上面に別の放射電極が設けられ、かつ裏面に接地導体が設けられた第２誘電体と、裏面に複数のマイクロストリップラインが設けられた第３の誘電体とが積層された構成を有する（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に開示されているパッチアンテナは、それぞれの放射電極の形状が異なるため、各放射電極の形状（寸法）によって決定される２つの周波数帯域の電波を送受信することができる。
特開平７−２４９９３３号公報

しかしながら、上述したような２周波送受信用のパッチアンテナは、２つの放射電極と、２つの誘電体を設けることから、高コスト化が避けられないという問題があった。また、２つの放射電極を配設する構成のため、誘電体を含めた全体の厚さ寸法が大きくなってしまい、小型化が困難であるという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、矩形状の第２導体の対向する２辺からの距離が略等しい位置に給電部が設けられ、その２辺と略平行な線を境界に誘電体の厚みが異なる構成とすることにより、従来より小型及び低コストの構成であっても、第２導体の長さ方向及び幅方向（以下、長辺方向及び短辺方向という）で共振が可能となり、２つの周波数帯域の電波を送受信することができるパッチアンテナの提供を目的とする。

また本発明は、矩形状の第２導体の２つの対向する２辺と略平行な２つの線を境界に、誘電体の厚みが異なる構成とすることにより、給電部の配置位置を任意に取った場合であっても、第２導体の長辺方向及び短辺方向で共振が可能となり、２つの周波数帯域の電波を送受信することができるパッチアンテナの提供を目的とする。

また本発明は、矩形状の第２導体の対向する２辺からの距離が略等しい位置に給電部が設けられ、その２辺のうちの一方の辺に対応する位置における誘電体の厚みが、他の位置における誘電体の厚みより薄くする構成とすることにより、従来より小型及び低コストの構成であっても、第２導体の長辺及び短辺方向で共振が可能となり、２つの周波数帯域の電波を送受信することができるパッチアンテナの提供を目的とする。

また本発明は、矩形状の第２導体の２つの対向する２辺のうちのそれぞれ一方の辺に対応する位置における誘電体の厚みが、他の位置における誘電体の厚みより薄くする構成とすることにより、給電部の配置位置を任意に取った場合であっても、第２導体の長辺方向及び短辺方向で共振が可能となり、２つの周波数帯域の電波を送受信することができるパッチアンテナの提供を目的とする。

また本発明は、厚みが異なる複数の誘電性の平板を固着させて厚みが異なる誘電体を形成し、形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置することにより、製造バラツキが発生する虞がなく、所望する厚みとなる誘電体を大量に製造することが可能となり、周波数帯域のバラツキが少ないパッチアンテナを製造することができるパッチアンテナの製造方法の提供を目的とする。

さらに本発明は、誘電性の第１平板の厚み方向に貫通する開口部を形成し、開口部を形成した第１平板、及び該第１平板と厚みが異なる誘電性の第２平板を固着させて、窪みを有する誘電体を形成し、形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置することにより、たとえエッチング法及びサンドブラスト法のような切削方法で開口部を形成した場合であっても、製造バラツキに起因する周波数帯域のバラツキが生じることのないパッチアンテナの製造方法の提供を目的とする。

第１発明に係るパッチアンテナは、第１導体と、給電部を有する矩形状の第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に誘電体を備えるパッチアンテナにおいて、前記給電部は、前記第２導体の対向する２辺からの距離が略等しい位置に設けられ、前記誘電体の厚みは、前記２辺と略平行な線を境界に異なっていることを特徴とする。

第１発明にあっては、境界にて誘電体の厚みが異なるため、第２導体の直交する長辺方向及び短辺方向で共振が可能となる。第２導体の長辺方向においては、第２導体の長辺の長さと、長辺方向の共振に起因する誘電体の厚みとによって決定される周波数帯域で共振し、第２導体の短辺方向においては、第２導体の短辺の長さと、短辺方向の共振に起因する誘電体の厚みとによって決定される周波数帯域で共振する。よって、境界にて誘電体の厚みを異なるように構成することにより、２つの周波数帯域の電波を送受信することができる。また、パッチアンテナは、１つの第２導体（放射電極）及び１種類の誘電体を設けるだけで、２つの周波数帯域の電波を送受信できることから、従来のように、複数の第２導体を設けたり、誘電率の異なる複数種類の誘電体を設けたりする必要はなく、従来と比較して構成部品数が少なくなり、低コスト化を実現することができる。

第２発明に係るパッチアンテナは、第１導体と、給電部を有する矩形状の第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に誘電体を備えるパッチアンテナにおいて、前記誘電体の厚みは、前記第２導体の２つの対向する２辺と略平行な２つの線を境界に異なっていることを特徴とする。

第２発明にあっては、２つの境界にて誘電体の厚みが異なるため、給電部の配置位置によらず、第２導体の直交する長辺方向及び短辺方向で共振が可能となる。これにより、給電部の配置位置に自由度ができる。

第３発明に係るパッチアンテナは、第１発明又は第２発明において、前記境界は、前記第２導体と重畳する位置にあることを特徴とする。

第３発明にあっては、誘電体の厚みが変化する境界が第２導体と重畳する位置に設けられていることにより、第２導体の長辺又は短辺のうちの一方の辺に対応する誘電体の厚みが、それ以外の辺に対応する誘電体の厚みと異なっており、第２導体の直交する長辺方向及び短辺方向の共振を確実に発生させることができる。

第４発明に係るパッチアンテナは、第１導体と、給電部を有する矩形状の第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に誘電体を備えるパッチアンテナにおいて、前記給電部は、前記第２導体の対向する２辺からの距離が略等しい位置に設けられ、前記２辺のうちの一方の辺に対応する位置における前記誘電体の厚みが、他の位置における厚みより薄いことを特徴とする。

第４発明にあっては、第２導体の長辺又は短辺に対応する位置における領域における誘電体の厚みが薄くなっているため、第２導体の長辺方向及び短辺方向で共振が可能となる。第２導体の長辺方向においては、第２導体の長辺の長さと、長辺方向の共振に起因する誘電体の厚みとを有する単素子アンテナに略相当する周波数帯域で共振し、第２導体の短辺方向においては、第２導体の短辺の長さと、短辺方向の共振に起因する誘電体の厚みとを有する単素子アンテナに略相当する周波数帯域で共振する。よって、このようなパッチアンテナは、１つの第２導体及び１種類の誘電体を設けるだけで、２つの周波数帯域の電波を送受信できることから、従来のように、複数の第２導体を設けたり、誘電率の異なる複数種類の誘電体を設けたりする必要はなく、従来と比較して構成部品数が少なくなり、低コスト化を実現することができる。

第５発明に係るパッチアンテナは、第１導体と、給電部を有する矩形状の第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に誘電体を備えるパッチアンテナにおいて、前記誘電体の厚みは、前記第２導体の２つの対向する２辺のうちのそれぞれ一方の辺に対応する位置における前記誘電体の厚みが、他の位置における厚みより薄いことを特徴とする。

第５発明にあっては、第２導体の一方の長辺及び短辺に対応する位置における領域における誘電体の厚みが薄くなっているため、給電部の配置位置によらず、第２導体の長辺方向及び短辺方向で共振が可能となる。これにより、給電部の配置位置に自由度ができる。

第６発明に係るパッチアンテナは、第１発明乃至第５発明のいずれかにおいて、前記誘電体は、厚み方向に貫通する貫通孔を有しており、該貫通穴を介して第１導体側から前記給電部に接続する第３導体を備えることを特徴とする。

第６発明にあっては、電波の受信時には、到来した電波によって第２導体が励振され、誘電体に設けた貫通穴を介して、第３導体を通じて第１導体側へ伝えられて信号として出力される。また、電波の送信時には、信号が、第３導体を通じて第２導体へ伝えられ、第２導体を共振させることによって電波として送信される。よって、第２導体側ではなく、第１導体側から電波に係る信号を与えたり、取り出したりすることができる。

第７発明に係るパッチアンテナの製造方法は、第１導体と第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に厚みが異なる誘電体を備えるパッチアンテナの製造方法において、厚みが異なる複数の誘電性の平板を固着させて、厚みが異なる誘電体を形成する工程と、形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置する工程とを有することを特徴とする。

第７発明にあっては、厚みが異なる複数の誘電性の平板を用意しておき、これら平板を固着させて厚みが異なる誘電体を形成する。形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置することによりパッチアンテナを製造する。平板を固着させて厚みが異なる誘電体を形成することから、誘電体の厚みに製造バラツキが発生する虞がなく、所望する厚みとなる誘電体を大量に製造することが可能となる。

第８発明に係るパッチアンテナの製造方法は、第１導体と第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に窪みを有する誘電体を備えるパッチアンテナの製造方法において、誘電性の第１平板の厚み方向に貫通する開口部を形成する工程と、開口部を形成した第１平板、及び該第１平板と厚みが異なる誘電性の第２平板を固着させて、窪みを有する誘電体を形成する工程と、形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置する工程とを有することを特徴とする。

第８発明にあっては、誘電性の第１平板の厚み方向に貫通する開口部を形成しておき、開口部を形成した第１平板と、第１平板と厚みが異なる誘電性の第２平板とを固着させて、窪みを有する誘電体を形成する。形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置することによりパッチアンテナを製造する。たとえエッチング法及びサンドブラスト法のような切削方法で開口部を形成した場合であっても、製造バラツキに起因する周波数帯域のバラツキが生じることはない。

本発明によれば、矩形状の第２導体の対向する２辺からの距離が略等しい位置に給電部が設けられ、その２辺と略平行な線を境界に誘電体の厚みが異なる構成としたので、従来より小型及び低コストの構成であっても、第２導体の長辺方向及び短辺方向で共振が可能となり、２つの周波数帯域の電波を送受信することができる。

また本発明によれば、矩形状の第２導体の２つの対向する２辺と略平行な２つの線を境界に、誘電体の厚みが異なる構成としたので、給電部の配置位置を任意に取った場合であっても、第２導体の長辺方向及び短辺方向で共振が可能となり、２つの周波数帯域の電波を送受信することができる。

また本発明によれば、矩形状の第２導体の対向する２辺からの距離が略等しい位置に給電部が設けられ、その２辺のうちの一方の辺に対応する位置における誘電体の厚みが、他の位置における誘電体の厚みより薄くする構成としたので、従来より小型及び低コストの構成であっても、第２導体の長辺及び短辺方向で共振が可能となり、２つの周波数帯域の電波を送受信することができる。

また本発明によれば、矩形状の第２導体の２つの対向する２辺と略平行な２つの線を境界に、誘電体の厚みが異なる構成としたので、給電部の配置位置を任意に取った場合であっても、第２導体の長辺方向及び短辺方向で共振が可能となり、２つの周波数帯域の電波を送受信することができる。

よって、例えば、コンピュータを無線で結ぶ無線ＬＡＮにおいては、現在２．４ＧＨｚ帯が主流であるが、通信速度及び情報量に優れる５．２ＧＨｚ帯が普及しつつあり、この２つの周波数帯に対応する小型かつ軽量のアンテナとして有用である。

また本発明によれば、厚みが異なる複数の誘電性の平板を固着させて厚みが異なる誘電体を形成し、形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置することによりパッチアンテナを製造することとしたので、製造バラツキが発生する虞がなく、所望する厚みとなる誘電体を大量に製造することが可能となり、周波数帯域のバラツキが少ないパッチアンテナを製造することができる。

さらに本発明によれば、誘電性の第１平板の厚み方向に貫通する開口部を形成し、開口部を形成した第１平板、及び該第１平板と厚みが異なる誘電性の第２平板を固着させて、窪みを有する誘電体を形成し、形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置することによりパッチアンテナを製造することとしたので、たとえエッチング法及びサンドブラスト法のような切削方法で開口部を形成した場合であっても、製造バラツキに起因する周波数帯域のバラツキが生じることはない等、優れた効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係るパッチアンテナの構造を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩ線における構造断面図である。 本発明の実施の形態１に係るパッチアンテナの製造方法の一例を示す説明図である。 実施例１のパッチアンテナの反射特性を示すグラフである。 実施例１のパッチアンテナの放射特性を示すグラフである。 実施例２のパッチアンテナの反射特性を示すグラフである。 実施例２のパッチアンテナの放射特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係るパッチアンテナの構造断面図である。 本発明の実施の形態２に係るパッチアンテナの製造方法の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係るパッチアンテナの製造方法の他の一例を示す説明図である。 本発明の実施の形態３に係るパッチアンテナの構造を示す斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るパッチアンテナの構造断面図である。 本発明に係るパッチアンテナの他の例を示す構造断面図である。 一般的なパッチアンテナの構造を示す斜視図である。

符号の説明

１，２，３ パッチアンテナ
１１ 放射電極
１２，２２，３２ 誘電体
１２ａ 貫通穴
１３，５１，５２ 接地導体
１４ 接続ピン
１５ 同軸コネクタ
１５ａ 内側導体
１５ｂ 外側導体
３０ａ，３０ｂ，４０，４０ａ，４０ｂ，４２ 誘電性平板
３１ａ，３１ｂ，４１ａ，４１ｂ マスク
４５ 開口部
Ｓ，Ｓ´ 給電部

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係るパッチアンテナの構造を示す斜視図であり、図２は図１のＩＩ−ＩＩ線における構造断面図である。
本発明の実施の形態１に係るパッチアンテナ１は、第２導体である放射電極１１と第１導体である接地導体１３とが対向配置され、放射電極１１と接地導体１３との間隙に誘電体１２を備える。

放射電極１１及び接地導体１３は、銅、銀又はアルミニウムなどの導電性に優れた材料からなる。放射電極１１は平面視が矩形状であり、短辺長及び長辺長は、それぞれＬ及びＷである。一方、接地導体１３は放射電極１１より平面視が大きな形状であればよく、その形状については特に限定されない。給電部Ｓは、放射電極１１の対向する２辺（ここでは短辺）からの距離が略等しい位置に設けられる。換言すれば、放射電極１１の中心Ｃから、放射電極１１の短辺方向（ここではＸ方向）に適長離隔（距離ｂ）した位置に、給電部Ｓが設けられている。

誘電体１２は比誘電率εｒである誘電体であり、その厚みは放射電極１１の対向する２辺と略平行な線を境界に異なっている。本実施形態では、放射電極１１の一端辺から放射電極１１の長辺方向（ここでは−Ｙ方向）に対して、距離ａの位置を境界に、誘電体１２の厚みが異なっている。なお、距離ａは正であり（ａ＞０）、平面視で放射電極１１と重畳する位置に境界が設けられている。つまり、誘電体１２の左側領域の厚みはｈであり、右側領域の厚みはｔ（ｈ＞ｔとする）であり、放射電極１１の対向する２辺（ここでは短辺）の中心線に対して、誘電体１２の形状が非対称である。換言すれば、放射電極１１は、２つの厚みが異なる誘電体を被覆するように配置されている。

また、誘電体１２は、給電部Ｓに対応する位置に、厚み方向に貫通する貫通穴１２ａを有している。貫通穴１２ａには、第３導体である導電性の接続ピン１４が挿入されている。なお、貫通穴１２ａの位置及び貫通穴１２ａの径は、インピーダンス特性が良好となるように調整されている。

接地導体１３には、同軸コネクタ１５が配設されており、同軸コネクタ１５の内側導体１５ａは、誘電体１２の貫通穴１２ａを介して給電部Ｓと接続され、同軸コネクタ１５の外側導体１５ｂは接地導体１３に接続されている。このような構成のパッチアンテナ１は、図示しない通信機器を同軸コネクタ１５に接続することで電波の送受信を行うことができる。つまり、パッチアンテナ１は、電波の受信時には、到来した電波によって放射電極１１が励振され、貫通穴１２ａを介して同軸コネクタ１５へ伝えられて信号として出力される。また、電波の送信時には、同軸コネクタ１５に入力された信号が、貫通穴１２ａを介して放射電極１１へ伝えられ、放射電極１１を共振させることによって電波として送信される。もちろん、無線ＬＡＮカードなどの機器に実装する場合には、同軸コネクタ１５を用いる必要はなく、機器を構成する電子回路に直接実装するようにすることが好ましい。

パッチアンテナ１は、境界にて誘電体１２の厚みが異なるため、直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）で共振が可能となる。放射電極１１のＸ方向においては、放射電極１１の短辺の長さＬによって決定される単素子アンテナに略相当する周波数帯域で共振する。一方、放射電極１１のＹ方向においては、放射電極１１の長辺の長さＷによって決定される単素子アンテナに略相当する周波数帯域で共振する。このように、境界にて誘電体１２の厚みを異なるように構成することにより、２つの周波数帯域の電波を送受信することができる。

また、パッチアンテナ１は、１つの放射電極及び１種類の誘電体を設けるだけで、２つの周波数帯域の電波を送受信できることから、従来のように、複数の放射電極を設けたり、誘電率が異なる複数種類の誘電体を設けたりする必要はない。したがって、従来と比較して構成部品数が少なくなり、低コスト化を実現することが可能となる。

次に、このような構成のパッチアンテナ１の製造方法について説明する。
図３は本発明の実施の形態１に係るパッチアンテナの製造方法の一例を示す説明図である。

先ず、板厚がそれぞれｔ，（ｈ−ｔ）である同種類（同一材料）の誘電性平板３０ａ，３０ｂを用意し、誘電性平板３０ａ，３０ｂをそれぞれ板厚方向に重ねた状態で固着させる（図３（ａ））。例えば、誘電性平板３０ａ，３０ｂの固着面に接着剤を塗布し、誘電性平板３０ａ，３０ｂの固着面どうしを重ねた後に、接着剤の溶剤を蒸発させて誘電性平板３０ａと誘電性平板３０ｂとを固着させる。

次に、誘電性平板３０ａ，３０ｂをエッチングするエッチング液に溶解しない材料からなるマスク３１ａ，３１ｂを、誘電性平板３０ａ，３０ｂの外側表面に貼付する（図３（ｂ））。マスク３１ａ，３１ｂは、貫通穴を形成すべき位置に開口パターンが設けられている。そして、マスク３１ａ，３１ｂが貼付された誘電性平板３０ａ，３０ｂを、エッチング液に浸漬させることにより、マスクで被覆されていない領域をエッチングする（図３（ｃ））。なお、エッチング液は、誘電性平板３０ａ，３０ｂの材料に応じて適宜選択すればよい。もちろん、ウエットエッチングのほかに、エッチングにより形成される側壁（サイドウォール）の形状の仕上がりがシャープになるドライエッチングにより加工してもよい。

そして、マスク３１ａ，３１ｂを誘電性平板３０ａ，３０ｂから剥離することにより、貫通穴１２ａを有する厚みが異なる誘電体１２とすることができる（図３（ｄ））。なお、上面及び下面から同時にエッチングする形態について説明したが、エッチング時間が問題にならない場合には、上面又は下面からエッチングするようにしてもよい。もちろん、エッチング法の他に、それ自体公知のレーザ加工法などにより、貫通穴を形成するようにしてもよい。

さらに、誘電体１２の上面に、銅又はアルミニウムなどの導電性に優れた材料からなるフィルム状の放射電極１１を貼付し、誘電体１２の下面から貫通穴１２ａに接続ピン１４を挿入し、放射電極１１と接続する（図３（ｅ））。もちろん、誘電体１２の厚みが数ｍｍである場合には、貫通穴１２ａに半田を流し込むことによって接続ピン１４に代用してもよい。一方、誘電体１２の下面に貫通穴１２ａの領域が開きパターンとした、銅又はアルミニウムなどの導電性に優れた材料からなるフィルム状の接地導体１３を貼付し（図３（ｆ））、同軸コネクタ１５の内側導体１５ａを接続ピン１４と接続し、外側導体１５ｂを接地導体１３と接続した状態となるように、同軸コネクタ１５を配設する（図３（ｇ））。

このようにして、２つの誘電体平板から厚み異なる誘電体を備えるパッチアンテナを製造することができる。誘電体の厚みは、パッチアンテナの周波数帯域を決定する要素の１つである。上述した製造方法によれば、誘電体の厚みは、それぞれ製造の際に用意した誘電性平板３０ａ，３０ｂの板厚ｔ，（ｈ−ｔ）によって決定されることから、製造バラツキが発生する虞がなく、所望する厚みとなる誘電体を大量に製造することが可能となり、結果として周波数帯域のバラツキが少ないパッチアンテナを製造することができる。

なお、誘電性平板３０ａ，３０ｂを固着させる前に誘電性平板３０ａ，３０ｂのそれぞれに貫通穴を形成しておき、その後に、それぞれの貫通穴が連結されるように誘電性平板３０ａ，３０ｂを固着するようにしてもよい。

また、エッチング法及びサンドブラスト法などの切削方法を用いて、１つの誘電体平板から厚みが異なる誘電体に加工するようにしてもよい。エッチング法，サンドブラスト法などの切削方法を用いる場合、それぞれエッチング時間，研磨材射出時間を制御することによって切削する深さを調整することができる。ただし、エッチング法，サンドブラスト法では、製造バラツキが発生する虞があることは言うまでもない。

さらに、放射電極１１及び接地導体１３を、メッキ法により誘電体１２に蒸着するようにしてもよく、放射電極１１及び接地導体１３の大きさ及び厚みに応じて、製造の方法を適宜変更するようにしてもよい。

次に、実施例１として、Ｌ＝３４ｍｍ，Ｗ＝４６ｍｍ，ｈ＝１．６ｍｍ，ｔ＝０．５ｍｍ，εｒ＝２．５３，ａ＝５．５ｍｍであるパッチアンテナ１を製造して、その特性について評価を行った。

図４は実施例１のパッチアンテナの反射特性を示すグラフであり、同図横軸は周波数、縦軸は反射損失である。
図４の実線に示すように、パッチアンテナ１は、１．７８ＧＨｚ及び２．６６ＧＨｚの２つのピークを有しており、１．７８ＧＨｚ，２．６６ＧＨｚにおける反射損失は、それぞれ−３ｄＢ，−１７ｄＢである。なお、従来のパッチアンテナ、すなわち誘電体の厚みが一定（ここでは１．６ｍｍ）のパッチアンテナは、図４の破線に示すように、２．６ＧＨｚにピークを有するのみである。つまり、本発明に係るパッチアンテナ１は、境界にて誘電体の厚みが異なるため、直交する２つの方向で共振が生じ、２つの周波数帯域の電波を送受信することができる。

図５は実施例１のパッチアンテナの放射特性を示すグラフであり、同図（ａ）は１．７８ＧＨｚにおける放射特性であり、同図（ｂ）は２．６６ＧＨｚにおける放射特性である。なお、横軸は放射角度、縦軸は相対利得である。放射角度は、Ｚ軸方向の角度を０ｄｅｇと定義する。

１．７８ＧＨｚ帯域の電波が長辺方向（Ｙ方向）の共振に起因することから、ＹＺ面がＥ面であり、ＸＺがＨ面である。図５（ａ）の実線はＥ面（ＹＺ面）における放射特性であり、図５（ａ）の破線はＨ面（ＸＺ面）における放射特性である。図から分かるように、パッチアンテナは、１．７８ＧＨｚ帯域に対して、Ｅ面及びＨ面において良好な放射パターンを有する。
一方、２．６６ＧＨｚ帯域の電波が短辺方向（Ｘ方向）の共振に起因することから、ＸＺ面がＥ面であり、ＹＺ面がＨ面である。図５（ｂ）の実線はＥ面（ＸＺ面）における放射特性であり、図５（ｂ）の破線はＨ面（ＹＺ面）における放射特性である。図から分かるように、パッチアンテナは、２．６６ＧＨｚ帯域に対しても、Ｅ面及びＨ面において良好な放射パターンを有する。

同様に、実施例２として、Ｌ＝１５．５ｍｍ，Ｗ＝３６ｍｍ，ｈ＝１．６ｍｍ，ｔ＝０．４ｍｍ，εｒ＝２．５３，ａ＝３ｍｍであるパッチアンテナ１を製造して、その特性について評価を行った。

図６は実施例２のパッチアンテナの反射特性を示すグラフであり、同図横軸は周波数、縦軸は反射損失である。
図６の実線に示すように、パッチアンテナ１は、２．２９ＧＨｚ及び５．６２ＧＨｚの２つのピークを有しており、２．２９ＧＨｚ，５．６２ＧＨｚにおける反射損失は、それぞれ−５．５ｄＢ，−１９ｄＢである。なお、従来のパッチアンテナ、すなわち誘電体の厚みが一定（ここでは１．６ｍｍ）のパッチアンテナは、図６の破線に示すように、５．５ＧＨｚにピークを有するのみである。

図７は実施例２のパッチアンテナの放射特性を示すグラフであり、同図（ａ）は２．２９ＧＨｚにおける放射特性であり、同図（ｂ）は５．６２ＧＨｚにおける放射特性である。なお、横軸は放射角度、縦軸は相対利得である。放射角度は、Ｚ軸方向の角度を０ｄｅｇと定義する。

２．２９ＧＨｚ帯域の電波が長辺方向（Ｙ方向）の共振に起因することから、ＹＺ面がＥ面であり、ＸＺ面がＨ面である。図７（ａ）の実線はＥ面（ＹＺ面）における放射特性であり、図７（ａ）の破線はＨ面（ＸＺ面）における放射特性である。図から分かるように、パッチアンテナは、２．２９ＧＨｚ帯域に対して、Ｅ面及びＨ面において良好な放射パターンを有する。
一方、５．６２ＧＨｚ帯域の電波が短辺方向（Ｘ方向）の共振に起因することから、ＸＺ面がＥ面であり、ＹＺ面がＨ面である。図７（ｂ）の実線はＥ面（ＸＺ面）における放射特性であり、図７（ｂ）の破線はＨ面（ＹＺ面）における放射特性である。図から分かるように、パッチアンテナは、５．６２ＧＨｚ帯域に対しても、Ｅ面及びＨ面において良好な放射パターンを有する。

なお、実施例１では１．７８ＧＨｚ及び２．６６ＧＨｚの２周波、実施例２では２．２９ＧＨｚ及び５．６２ＧＨｚの２周波帯域の電波を送受信することが可能な２周波共用パッチアンテナの構成例を示したが、放射電極１１の寸法、並びに、誘電体１２の誘電率及び厚みを適宜調整することにより、所望する２つの周波数帯域の電波を送受信することができる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、左側領域の厚みがｈ、右側領域の厚みがｔである誘電体１２を備えるパッチアンテナ１について説明したが、放射電極の四辺のうちの一辺に対応する位置における厚みが、他の位置における厚みより薄くなっているような誘電体を備えるようなパッチアンテナであってもよく、このようにしたものが実施の形態２である。

図８は本発明の実施の形態２に係るパッチアンテナの構造断面図である。
本発明の実施の形態２に係るパッチアンテナ２は、実施の形態１と同様、放射電極１１と接地導体１３とが対向配置され、放射電極１１と接地導体１３との間隙に誘電体２２を備える。

誘電体２２は、放射電極１１の一の端辺に対応する位置における厚みが、その他の位置における厚みより薄くなっている。前者の位置における誘電体の厚みはｔであり、後者の位置における誘電体の厚みはｈ（ｈ＞ｔとする）である。その他の構成は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

パッチアンテナ２は、放射電極１１の一の端辺に対応する位置の厚みが薄くなっているため、実施の形態１と同様に、直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）で共振が可能となり、２つの周波数帯域の電波を送受信することができる。この場合、共振周波数は、放射電極１１の短辺の長さＬ及び長辺の長さＷによってそれぞれ決定される単素子アンテナに略相当する周波数帯域で共振する。

次に、このような構成のパッチアンテナ２の製造方法について説明する。
図９は本発明の実施の形態２に係るパッチアンテナの製造方法の一例を示す説明図である。

先ず、板厚が（ｈ−ｔ）である誘電性平板４０を用意し、誘電性平板４０をエッチングするエッチング液に溶解しない材料からなるマスク４１ａ，４１ｂを、誘電性平板４０の両側表面に貼付する（図９（ａ））。マスク４１ａ，４１ｂが貼付された誘電性平板４０を、エッチング液に浸漬させることにより、マスクで被覆されていない領域をエッチングする（図９（ｂ））。そして、マスク４１ａ，４１ｂを誘電性平板４０から剥離することにより、誘電性平板４０に厚み方向に貫通した開口部４５が形成される（図９（ｃ））。

次に、誘電性平板４０と同種類（同一材料）であり、板厚がｔである誘電性平板４２を用意し、誘電性平板４０，４２をそれぞれ板厚方向に重ねた状態で固着させる（図９（ｄ））。これにより、窪み２２ａの領域の厚みがｔ、その他の領域の厚みがｈである誘電体２２を製造することができる。以降の工程は、図３（ｂ）〜図３（ｇ）と同様であるため、その説明を省略する。

本実施形態では、エッチング法を用いて誘電性平板４０に開口部４５を形成するようにしたが、開口部４５は誘電性平板４０を貫通するようにエッチング時間を設定すればよく、例えば製造バラツキを考慮してエッチング時間を長めに設定すればよい。このように、平板を貫通する開口部を形成する場合には、エッチング法を用いても、製造バラツキに起因する問題が生じることはない。もちろん、他の切削方法（例えば、サンドブラスト法）を用いて、誘電性平板４０に開口部４５を形成するようにしてもよい。

また、図１０に示すように、板厚がｔである誘電性平板４２と、板厚が（ｈ−ｔ）である誘電性平板４０ａ，４０ｂとを用意し、誘電性平板４２に、誘電性平板４０ａ，４０ｂをそれぞれ板厚方向に重ねた状態で固着させて、窪みの領域の厚みがｔ、その他の領域の厚みがｈである誘電体２２を製造するようにしてもよい。より詳細には、誘電性平板４０ａ，４０ｂは平面視がそれぞれ矩形状，“コの字”状であり、誘電性平板４０ｂの“コの字”状に開いた側面を、誘電性平板４０ａの側面に接するように配置する。

なお、上述の実施例１及び実施例２のようなパッチアンテナ２の特性の評価を行ったが、評価結果は同様であった。

（実施の形態３）
実施の形態１及び実施の形態２では、放射電極１１の対向する２辺（例えば短辺）からの距離が略等しい位置に給電部Ｓを設け、放射電極１１の対向する２辺と略平行な線を境界に誘電体１２の厚みを異ならせるようにしたが、放射電極１１の２つの対向する２辺（短辺及び長辺）と略平行な２つの線を境界に誘電体の厚みを異ならせるようにしてもよく、このようにしたものが実施の形態３である。

図１１は本発明の実施の形態３に係るパッチアンテナの構造を示す斜視図である。また、図１２は本発明の実施の形態３に係るパッチアンテナの構造断面図であり、図１２（ａ）は図１１のＡ−Ａ線、図１２（ｂ）は図１１のＢ−Ｂ線における構造断面図である。
本発明の実施の形態３に係るパッチアンテナ３は、第２導体である放射電極１１と第１導体である接地導体１３とが対向配置され、放射電極１１と接地導体１３との間隙に誘電体３２を備える。

誘電体３２の厚みは放射電極１１の２つの対向する２辺（すなわち長辺及び短辺）と略平行な２つの線を境界に異なっている。本実施形態では、放射電極１１の長辺方向（ここでは−Ｙ方向）に対して、端辺から距離ａ１の位置を境界に、誘電体３２の厚みが異なっている。さらに、放射電極１１の短辺方向（ここでは−Ｘ方向）に対して、端辺から距離ａ２の位置を境界に、誘電体３２の厚みが異なっている。なお、距離ａ１及びａ２はともに正であり（ａ１、ａ２＞０）、平面視で放射電極１１と重畳する位置に２つの境界が設けられている。つまり、誘電体３２の左上側領域の厚みはｈであり、それ以外の右側領域及び下側領域の厚みはｔ（ｈ＞ｔ）であり、放射電極１１の長辺及び短辺の各中心線に対して、誘電体３２の形状が非対称である。

また、放射電極１１の中心Ｃに、給電部Ｓ´が設けられている。その他の構成は実施の形態１と同様であるので、対応する部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。なお、誘電体３２は、放射電極１１の２つの対向する２辺のうちのそれぞれ一方の端辺に対応する位置における厚みが、その他の位置における厚みより薄くなっていればよい。また、給電部Ｓ´は放射電極１１の短辺方向又は長辺方向の中点に配置されている必要はない。

パッチアンテナ３は、２つの境界にて誘電体３２の厚みが異なるため、給電部Ｓ´がどのような位置に配置された場合であっても、直交する２方向（Ｘ方向及びＹ方向）で共振が可能となる。放射電極１１のＸ方向においては、放射電極１１の短辺の長さＬによって決定される単素子アンテナに略相当する周波数帯域で共振する。一方、放射電極１１のＹ方向においては、放射電極１１の長辺の長さＷによって決定される単素子アンテナに略相当する周波数帯域で共振する。このように、２つの境界にて誘電体３２の厚みを異なるように構成することにより、給電部Ｓ´が放射電極１１の中心Ｃに設けられていても、２つの周波数帯域の電波を送受信することができる。

なお、各実施の形態では、接地導体１３がフィルム状のものとし、誘電体１２（２２，３２）の表面形状に沿って配置するようにしたが（図２，８，１２参照）、図１３に示すように、平板状の接地導体５１を用いてもよいし（同図（ａ））、誘電体１２（２２，３２）の窪みと合致する形状の接地導体５２を用いてもよい（同図（ｂ））。

また、単素子のパッチアンテナについて説明したが、多数のパッチアンテナを配列させた形態のアンテナ（アレーアンテナと呼ばれる）を用いることで、利得の向上を図るようにしてもよい。この場合、垂直面内の指向性は１素子と同じだが、水平面内の指向性はパッチアンテナの配置数だけ狭くなるので、垂直偏波が放射される。

以上、本発明に係るパッチアンテナ及びパッチアンテナの製造方法について、具体的な実施の形態を示して説明したが、本発明の特徴は、矩形状の放射電極１１の対向する２辺の略中心線上に給電部Ｓが設けられ、放射電極１１の対向する２辺の中心線に対して、誘電体１２（２２，３２）の形状が非対称である構成とすることにあり、その他の構成において、本発明はこれらに限定されるものではない。当業者であれば、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、上述した実施の形態に係る発明の構成及び機能に様々な変更又は改良を加えることが可能である。

第２発明に係るパッチアンテナは、第１発明において、前記境界は、前記第２導体と重畳する位置にあることを特徴とする。

第２発明にあっては、誘電体の厚みが変化する境界が第２導体と重畳する位置に設けられていることにより、第２導体の長辺又は短辺のうちの一方の辺に対応する誘電体の厚みが、それ以外の辺に対応する誘電体の厚みと異なっており、第２導体の直交する長辺方向及び短辺方向の共振を確実に発生させることができる。

第３発明に係るパッチアンテナは、第１導体と、給電部を有する矩形状の第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に誘電体を備えるパッチアンテナにおいて、前記給電部は、前記第２導体の対向する２辺からの距離が略等しい位置に設けられ、前記２辺のうちの一方の辺に対応する位置における前記誘電体の厚みが、他の位置における厚みより薄いことを特徴とする。

第３発明にあっては、第２導体の長辺又は短辺に対応する位置における領域における誘電体の厚みが薄くなっているため、第２導体の長辺方向及び短辺方向で共振が可能となる。第２導体の長辺方向においては、第２導体の長辺の長さと、長辺方向の共振に起因する誘電体の厚みとを有する単素子アンテナに略相当する周波数帯域で共振し、第２導体の短辺方向においては、第２導体の短辺の長さと、短辺方向の共振に起因する誘電体の厚みとを有する単素子アンテナに略相当する周波数帯域で共振する。よって、このようなパッチアンテナは、１つの第２導体及び１種類の誘電体を設けるだけで、２つの周波数帯域の電波を送受信できることから、従来のように、複数の第２導体を設けたり、誘電率の異なる複数種類の誘電体を設けたりする必要はなく、従来と比較して構成部品数が少なくなり、低コスト化を実現することができる。

第４発明に係るパッチアンテナは、第１発明乃至第３発明のいずれかにおいて、前記誘電体は、厚み方向に貫通する貫通孔を有しており、該貫通穴を介して第１導体側から前記給電部に接続する第３導体を備えることを特徴とする。

第４発明にあっては、電波の受信時には、到来した電波によって第２導体が励振され、誘電体に設けた貫通穴を介して、第３導体を通じて第１導体側へ伝えられて信号として出力される。また、電波の送信時には、信号が、第３導体を通じて第２導体へ伝えられ、第２導体を共振させることによって電波として送信される。よって、第２導体側ではなく、第１導体側から電波に係る信号を与えたり、取り出したりすることができる。

第５発明に係るパッチアンテナの製造方法は、第１導体と第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に厚みが異なる誘電体を備えるパッチアンテナの製造方法において、厚みが異なる複数の誘電性の平板を固着させて、厚みが異なる誘電体を形成する工程と、形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置する工程と、第２導体の対向する２辺からの距離が略等しい位置に給電部を配置する工程とを有することを特徴とする。

第５発明にあっては、厚みが異なる複数の誘電性の平板を用意しておき、これら平板を固着させて厚みが異なる誘電体を形成する。形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置することによりパッチアンテナを製造する。平板を固着させて厚みが異なる誘電体を形成することから、誘電体の厚みに製造バラツキが発生する虞がなく、所望する厚みとなる誘電体を大量に製造することが可能となる。

第６発明に係るパッチアンテナの製造方法は、第１導体と第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に窪みを有する誘電体を備えるパッチアンテナの製造方法において、誘電性の第１平板の厚み方向に貫通する開口部を形成する工程と、開口部を形成した第１平板、及び該第１平板と厚みが異なる誘電性の第２平板を固着させて、窪みを有する誘電体を形成する工程と、形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置する工程とを有することを特徴とする。

第６発明にあっては、誘電性の第１平板の厚み方向に貫通する開口部を形成しておき、開口部を形成した第１平板と、第１平板と厚みが異なる誘電性の第２平板とを固着させて、窪みを有する誘電体を形成する。形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置することによりパッチアンテナを製造する。たとえエッチング法及びサンドブラスト法のような切削方法で開口部を形成した場合であっても、製造バラツキに起因する周波数帯域のバラツキが生じることはない。

Claims (8)

1. 第１導体と、給電部を有する矩形状の第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に誘電体を備えるパッチアンテナにおいて、
   前記給電部は、前記第２導体の対向する２辺からの距離が略等しい位置に設けられ、
   前記誘電体の厚みは、前記２辺と略平行な線を境界に異なっていること
   を特徴とするパッチアンテナ。
2. 第１導体と、給電部を有する矩形状の第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に誘電体を備えるパッチアンテナにおいて、
   前記誘電体の厚みは、前記第２導体の２つの対向する２辺と略平行な２つの線を境界に異なっていること
   を特徴とするパッチアンテナ。
3. 前記境界は、前記第２導体と重畳する位置にあること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のパッチアンテナ。
4. 第１導体と、給電部を有する矩形状の第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に誘電体を備えるパッチアンテナにおいて、
   前記給電部は、前記第２導体の対向する２辺からの距離が略等しい位置に設けられ、
   前記２辺のうちの一方の辺に対応する位置における前記誘電体の厚みが、他の位置における厚みより薄いこと
   を特徴とするパッチアンテナ。
5. 第１導体と、給電部を有する矩形状の第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に誘電体を備えるパッチアンテナにおいて、
   前記誘電体の厚みは、前記第２導体の２つの対向する２辺のうちのそれぞれ一方の辺に対応する位置における前記誘電体の厚みが、他の位置における厚みより薄いこと
   を特徴とするパッチアンテナ。
6. 前記誘電体は、厚み方向に貫通する貫通孔を有しており、
   該貫通穴を介して第１導体側から前記給電部に接続する第３導体を備えること
   を特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載のパッチアンテナ。
7. 第１導体と第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に厚みが異なる誘電体を備えるパッチアンテナの製造方法において、
   厚みが異なる複数の誘電性の平板を固着させて、厚みが異なる誘電体を形成する工程と、
   形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置する工程と
   を有することを特徴とするパッチアンテナの製造方法。
8. 第１導体と第２導体とが対向配置され、第１導体と第２導体との間隙に窪みを有する誘電体を備えるパッチアンテナの製造方法において、
   誘電性の第１平板の厚み方向に貫通する開口部を形成する工程と、
   開口部を形成した第１平板、及び該第１平板と厚みが異なる誘電性の第２平板を固着させて、窪みを有する誘電体を形成する工程と、
   形成した誘電体に第１導体及び第２導体を配置する工程と
   を有することを特徴とするパッチアンテナの製造方法。

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