JP2014128004A - パッチアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】広い比帯域幅と高い利得とを有するパッチアンテナであって、これらの特性が当該金属製固定具の影響を受け難いパッチアンテナを実現する。
【解決手段】パッチアンテナ１は、誘電体基板１１、第１の導体板１２、第２の導体板１３、及び無給電ブロック１４を備えている。パッチアンテナ１において、無給電ブロック１４の下面は第１の導体板１２と接触し、無給電ブロック１４の側面は誘電体基板１１の上面において第２の導体板１３の外縁と対向する。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電体基板を介して互いに対向する２枚の導体板を備えたパッチアンテナに関する。

近年、スマートフォンなどの無線装置の小型化及び薄型化が進んでいる。このような無線装置に搭載するためのアンテナとして、小型平面アンテナへの需要が高まっている。

小型平面アンテナとしては、パッチアンテナが代表的である。パッチアンテナは、誘電体基板を介して互いに対向する２枚の導体板（一方を「地導体」、他方を「放射導体」とも呼ぶ）により構成されるため、薄型化が容易である。また、マイクロ波帯（０．３ＧＨｚ以上３０ＧＨｚ以下）のみならず、ミリ波（３０ＧＨｚ以上３００ＧＨｚ以下）で動作させることも可能である。

しかしながら、誘電体基板を介して互いに対向する２枚の導体板（給電素子）のみからなるパッチアンテナには、広帯域化が困難であるという問題があった。そこで、放射導体の周囲に無給電素子を配置することによって、パッチアンテナの動作帯域を拡大することが試みられている。

例えば、特許文献１には、放射導体の上方（地導体側と反対側）に２枚の無給電素子を配置したパッチアンテナが開示されている。また、特許文献１には、これらの無給電素子の物理的寸法及び電気的等価寸法に関して、比帯域幅を拡大するうえで好ましい数値範囲が開示されている。

特開２００９−１８８８９５（２００９年８月２０日公開）

しかしながら、比帯域幅の拡大を目標に設計された特許文献１に記載のパッチアンテナでは、高い利得を実現することが困難であるという問題があった。また、特許文献１に記載のパッチアンテナには、無線装置等に固定するためにネジなどの金属製固定具を用いると、比帯域幅や利得などの特性が悪化するという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、広い比帯域幅と高い利得とを有するパッチアンテナであって、金属製固定具を用いて当該パッチアンテナを無線装置に固定する場合であっても、これらの特性が当該金属製固定具の影響を受け難いパッチアンテナを実現することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係るパッチアンテナは、誘電体基板と、上記誘電体基板の下面に形成された第１の導体板と、上記誘電体基板の上面に形成された第２の導体板と、上記誘電体基板を貫く無給電ブロックと、を備えており、上記無給電ブロックの下面が上記第１の導体板の上面と接触し、上記無給電ブロックの側面が上記誘電体基板の上面において上記第２の導体板の外縁と対向する、ことを特徴とする。

上記の構成において、上記無給電ブロックは、従来のパッチアンテナが備える無給電素子と同様、比帯域幅を拡大するように作用する。同時に、上記無給電ブロックは、その下面が上記第１の導体板（地導体）と接触すると共に、その側面が上記第２の導体板（放射導体）と対向しているので、上記第２の導体板との間のギャップをスロットアンテナにおけるスロットとして機能させ、このギャップからの放射により利得を上昇させるように作用する。したがって、上記の構成によれば、広い比帯域幅と高い利得とを有するパッチアンテナを実現することができる。

また、ネジなどの金属製固定具を用いて当該スロットアンテナを無線装置等に固定する場合、当該金属製固定具を貫入するための穴を上記無給電ブロックに形成することができる。そうすると、当該金属製固定具が上記無給電ブロックに埋設されることになるので、当該金属製固定具が比帯域幅や利得などの特性に与える影響を小さく抑えることができる。

本発明に係るパッチアンテナにおいて、上記第２の導体板は、上記誘電体基板の上面中央部に形成された正方形状の放射部と、上記誘電体基板の上面周辺部に形成された帯状の給電路であって、一端が上記放射部の１辺に連なる給電路とを有し、上記無給電ブロックは、側面が上記誘電体基板の上面において上記放射部の上記１辺を除く３辺と対向する、ことが好ましい。

上記の構成は、無給電ブロックを省略した場合よりも比帯域幅が広いこと、及び、無給電ブロックを省略した場合よりも利得が高いことが、数値計算により確かめられた構成である。したがって、上記の構成によれば、比帯域幅を広げ、利得を上げるという効果を確実に奏する。

本発明に係るパッチアンテナにおいては、上記誘電体基板の厚みをａ、上記無給電ブロックの高さをｂとして、ｂ／ａが４以上８以下である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、比帯域幅及び利得の双方を高い値に保つことができる。

本発明に係るパッチアンテナにおいては、上記放射部の各辺の長さをｃ、上記放射部の上記３辺と上記無給電ブロックの側面との間のギャップの幅をｄとして、ｄ／ｃが０．２５以上０．８５以下である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、広い比帯域幅（例えば、１５％以上）を実現することができる。

本発明に係るパッチアンテナにおいては、上記放射部の各辺の長さをｃ、上記放射部の上記３辺と上記無給電ブロックの側面との間のギャップの幅をｄとして、ｄ／ｃが０．７５以上０．９５以下である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、高い利得（例えば、４ｄＢｉ以上）を実現することができる。

本発明に係るパッチアンテナは、上記無給電ブロックの上端と同一の平面内に配置された無給電素子であって、上記放射部の外縁に重なる環状導体と、一端が上記環状導体に連なり、他端が上記無給電ブロックの上端に連なる帯状導体とを有する無給電素子を更に備えている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、上記環状導体からの放射により、更に利得を上昇させることができる。

本発明に係るパッチアンテナにおいては、上記環状導体の外径をｅ、上記環状導体の内径をｆとして、ｆ／ｅが０．６５以上である、ことが好ましい。

上記の構成によれば、広い比帯域幅（例えば、１５％以上）を実現することができる。

本発明に係るパッチアンテナにおいて、上記無給電ブロックには、金属製固定具を貫入するための穴が形成されている、ことが好ましい。

上記の構成によれば、特性の悪化（比帯域幅の減少や利得の低下など）を招来することなく、上記金属製固定具を用いて当該パッチアンテナを無線装置等に固定することができる。

本発明によれば、広い比帯域幅と高い利得とを有するパッチアンテナであって、これらの特性が当該金属製固定具の影響を受け難いパッチアンテナを実現することができる。

本発明の一実施形態に係るパッチアンテナの構成を示す上面図及び断面図である。 図１に示すパッチアンテナとの比較に供されるパッチアンテナの構成を示す上面図及び断面図である。 図１に示すパッチアンテナ及び図２に示すパッチアンテナに関して、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示すグラフである。 図１に示すパッチアンテナ及び図２に示すパッチアンテナに関して、ｘｚ面における利得（Ｅφ成分及びＥθ成分に関する利得）の角度依存性を示すグラフである。 図１に示すパッチアンテナ及び図２に示すパッチアンテナに関して、ｙｚ面における利得（Ｅθ成分に関する利得）の角度依存性を示すグラフである。 図１に示すパッチアンテナが備える第２の導体板及び無給電ブロックの上面図である。 図１に示すパッチアンテナの第１の変形例を示す上面図及び断面図である。 図１に示すパッチアンテナ（ネジ穴なし）と図８に示すパッチアンテナ（ネジ穴あり）に関して、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示すグラフである。 図１に示すパッチアンテナ（ネジ穴なし）と図８に示すパッチアンテナ（ネジ穴あり）に関して、ｘｚ面における利得（Ｅφ成分及びＥθ成分に関する利得）の角度依存性を示すグラフである。 図１に示すパッチアンテナ（ネジ穴なし）と図８に示すパッチアンテナ（ネジ穴あり）に関して、ｙｚ面における利得（Ｅθ成分に関する利得）の角度依存性を示すグラフである。 図１に示すパッチアンテナの第２の変形例を示す上面図及び断面図である。 図１に示すパッチアンテナ（無給電素子なし）と図１１に示すパッチアンテナ（無給電素子あり）に関して、反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示すグラフである。 図１に示すパッチアンテナ（無給電素子なし）と図１１に示すパッチアンテナ（無給電素子あり）に関して、ｘｚ面における利得（Ｅφ成分及びＥθ成分に関する利得）の角度依存性を示すグラフである。 図１に示すパッチアンテナ（無給電素子なし）と図１１に示すパッチアンテナ（無給電素子あり）に関して、ｙｚ面における利得（Ｅθ成分に関する利得）の角度依存性を示すグラフである。 図１１に示すパッチアンテナが備える無給電ブロック及び無給電素子の上面図である。 比帯域幅（ＦＷＢ）及び利得の規格化高さ（ｂ／ａ）依存性を示すグラフである。 比帯域幅（ＦＷＢ）及び利得の規格化ギャップ幅（ｄ／ｃ）依存性を示すグラフである。 比帯域幅（ＦＷＢ）及び利得の規格化内径（ｆ／ｅ）依存性を示すグラフである。

〔パッチアンテナの構成〕
本発明の一実施形態に係るパッチアンテナ１の構成について、図１を参照して説明する。図１（ａ）は、パッチアンテナ１の上面図であり、図１（ｂ）は、パッチアンテナ１の断面図（ＡＡ’断面）である。なお、図１に示す数値は、パッチアンテナ１の各部の寸法を表し、その単位は、ｍｍである。ただし、これらの数値は、パッチアンテナ１の一具体例を規定するものに過ぎず、適宜変更することができる。

パッチアンテナ１は、図１（ｂ）に示すように、誘電体基板１１と、誘電体基板１１の下面に形成された第１の導体板（「地導体」と呼ばれることもある）１２と、誘電体基板１１の上面に形成された第２の導体板（「放射導体」と呼ばれることもある）１３とを備えている。第１の導体板１２には、不図示の同軸ケーブルの外側導体が接続され、第２の導体板１３には、該同軸ケーブルの内側導体が接続される。誘電体基板１１を介して互いに対向する第１の導体板１２及び第２の導体板１３は、この同軸ケーブルから供給される高周波電流によって、パッチアンテナとして機能する。

本実施形態においては、誘電体基板１１として、１辺１５ｍｍの正方形状のＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）基板を用いる。この誘電体基板１１の比誘電率εｒは、２．２であり、この誘電体基板１１の厚みａは、０．５ｍｍである。また、本実施形態においては、第１の導体板１２として、誘電体基板１１の下面にパターニングされた、１辺１５ｍｍの正方形状の導体箔（例えば、銅箔）を用いる。

第２の導体板１３は、図１（ａ）に示すように、誘電体基板１１の上面中央部に形成された放射部１３ａと、誘電体基板１１の上面周辺部に形成された給電路１３ｂとを有する。給電路１３ｂの一端は、放射部１３ａの外縁に連なり、給電路１３ｂの他端は、誘電体基板１１の上面の外縁に至る。給電路１３ｂは、誘電体基板１１を介して対向する第１の導体板１２と共に、マイクロストリップ線路を構成する。

本実施形態においては、放射部１３ａとして、誘電体基板１１の上面にパターニングされた、１辺３．４ｍｍの正方形状の導体箔（例えば、銅箔）を用いる。また、本実施形態においては、給電路１３ｂとして、誘電体基板１１の上面にパターニングされた、幅１．５ｍｍの帯状の導体箔（例えば、銅箔）を用いる。給電路１３ｂの一端は、放射部１３ａの外縁を構成する４辺のうち、ｙ軸負方向側の辺の中央に連なり、給電路１３ｂの他端は、誘電体基板１１の外縁を構成する４辺のうち、ｙ軸負方向側の辺の中央に至る。

パッチアンテナ１は、上述した誘電体基板１１、第１の導体板１２、及び第２の導体板１３の他に、誘電体基板１１を貫く無給電ブロック１４を備えている。図１（ｂ）に示すように、無給電ブロック１４の下面は、誘電体基板１１の下面に形成された第１の導体板１２の上面と接触しており、無給電ブロック１４の上面は、誘電体基板１１の上面よりも上方に突出している。また、図１（ａ）に示すように、無給電ブロック１４の側面（無給電ブロック１４の表面を構成する面のうち、下面及び上面に直交又は略直交する面）は、誘電体基板１１の上面において、第２の導体板１３の外縁（より具体的には、放射部１３ａの外縁を構成する４辺のうち、給電路１３ｂに連なる辺を除く３辺）に対向している。

本実施形態においては、無給電ブロック１４として、コの字型に組み合わされた３つの導体壁（例えば、銅壁）１４ａ〜１４ｃからなる導体ブロックを用いる。

第１の導体壁１４ａは、ｙｚ面に平行な５．９ｍｍ×２ｍｍの側面と、ｘｙ面に平行な５．９ｍｍ×２ｍｍの端面とを有する。そして、第１の導体壁１４ａは、下端面（ｚ軸負方向側の端面）が第１の導体板１２の上面と接触し、且つ、内側面（ｘ軸正方向側の側面）が放射部１３ａの１辺（ｘ軸負方向側の辺）と対向するように配置される。

第２の導体壁１４ｂは、ｚｘ面に平行な１２．４ｍｍ×２ｍｍの側面と、ｘｙ面に平行に平行な１２．４ｍｍ×２ｍｍの端面とを有する。そして、第２の導体壁１４ｂは、下端面（ｚ軸負方向側の端面）が第１の導体板１２の上面と接触し、且つ、内側面（ｙ軸負方向側の側面）が放射部１３ａの１辺（ｙ軸正方向側の辺）と対向するように配置される。

第３の導体壁１４ｃは、ｙｚ面に平行な５．９ｍｍ×２ｍｍの側面と、ｘｙ面に平行な５．９ｍｍ×２ｍｍの端面とを有する。そして、第３の導体壁１４ｃは、下端面（ｚ軸負方向側の端面）が第１の導体板１２の上面と接触し、且つ、内側面（ｘ軸負方向側の側面）が放射部１３ａの１辺（ｘ軸正方向側の辺）と対向するように配置される。

無給電ブロック１４には、反射係数｜Ｓ１１｜が予め定められた閾値（本実施形態においては１０ｄＢとする）以下となる帯域の比帯域幅を拡大させる効果と、上方（図１におけるｚ軸正方向）の利得を上昇させる効果とがある。これらの効果については、参照する図面を代えて後述する。加えて、無給電ブロック１４は、パッチアンテナ１をその上方（図１におけるｚ軸正方向）に配置された部材に固定する際に、当該部材から誘電体基板１１、第１の導体板１２、及び第２の導体板１３を離隔させるためのスペーサとしても機能する。この機能についても、参照する図面を代えて後述する。

〔無給電ブロックの効果〕
パッチアンテナ１における無給電ブロック１４の効果について、図２〜図６を参照して説明する。

まず、パッチアンテナ１との比較に供されるパッチアンテナ５について、図２を参照して説明する。図２（ａ）は、パッチアンテナ５の上面図であり、図２（ｂ）は、パッチアンテナ５の断面図（ＢＢ’断面）である。

パッチアンテナ５は、図２に示すように、パッチアンテナ１から無給電ブロック１４を省いたものである。パッチアンテナ５が備える誘電体基板５１、第１の導体板５２、及び第２の導体板５３は、それぞれ、パッチアンテナ１が備える誘電体基板１１、第１の導体板１２、及び第２の導体板１３に相当する。

図３は、パッチアンテナ１（無給電ブロックあり）及びパッチアンテナ５（無給電ブロックなし）の反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示すグラフである。図３に示すグラフからは、無給電ブロック１４を付加することによって、反射係数｜Ｓ１１｜が１０ｄＢ以上となる帯域の比帯域幅ＦＷＢが１６％から１８％に拡大することが読み取れる。

ここで、比帯域幅ＦＷＢとは、反射係数｜Ｓ１１｜が１０ｄＢ以上となる帯域の下限周波数及び上限周波数をｆ１及びｆ２として、ＦＷＢ＝（ｆ２−ｆ１）／｛（ｆ２＋ｆ１）／２｝により定義される数値を百分率で表したものである。

図４は、パッチアンテナ１（無給電ブロックあり）及びパッチアンテナ５（無給電ブロックなし）のｚｘ面における放射パターン（Ｅθ成分及びＥφ成分に関する利得の方向依存性）を示すグラフである。図４に示すグラフからは、無給電ブロック１４を付加することによって、Ｅθ成分及びＥφ成分の双方に関して、天頂方向の利得が上昇することが読み取れる。

図５は、パッチアンテナ１（無給電ブロックあり）及びパッチアンテナ５（無給電ブロックなし）のｙｚ面における放射パターン（Ｅθ成分に関する利得の方向依存性）を示すグラフである。図５に示すグラフからは、無給電ブロック１４を付加することによって、少なくともＥθ成分に関して、天頂方向の利得が上昇することが読み取れる。

このような天頂方向の利得の上昇は、誘電体基板１１の上面において、ギャップを介して互いに対向する第２の導体板１３と無給電ブロック１４とが、スロットアンテナとして機能しているために生じたものと考えられる。誘電体基板１１を介して互いに対向する第１の導体板１２と第２の導体板１３とがパッチアンテナとして機能することにより生じた利得に、ギャップを介して互いに対向する第２の導体板１３と無給電ブロック１４とがスロットアンテナとして機能することにより生じた利得が上乗せされる訳である。

例えば、図６に示すように、放射部１３ａの辺１３ａ１と、この辺１３ａ１に対向する無給電ブロック１４の部分１４ｐ１との間には、長さｃ＝３．４ｍｍ、幅ｄ＝２．５ｍｍのギャップが形成される。このギャップの長さが、２／λ（共振周波数が６０ＧＨｚの場合には２．５ｍｍ）と同程度になるので、このギャップを介して互いに対向する放射部１３ａと無給電ブロック１４とが、スロットアンテナとして機能する。実際、このギャップには、図６に矢印で示すような電界分布が形成されること、すなわち、このギャップから放射を生じることが、数値シミュレーションにより確かめられる。

また、図６に示すように、放射部１３ａの辺１３ａ２と、この辺１３ａ２に対向する無給電ブロック１４の部分１４ｐ２との間にも、長さｃ＝３．４ｍｍ、幅ｄ＝２．５ｍｍのギャップが形成される。このギャップの長さが、２／λと同程度になるので、このギャップを介して互いに対向する放射部１３ａと無給電ブロック１４とが、スロットアンテナとして機能する。実際、このギャップには、図６に矢印で示すような電界分布が形成されること、すなわち、このギャップから放射を生じることが、数値シミュレーションにより確かめられる。

なお、無給電ブロック１４のうち、天頂方向の利得の上昇に寄与しているのは、上述したとおり、放射部１３ａの辺１３ａ１に対向する部分１４ｐ１と、放射部１３ａの辺１３ａ２に対向する部分１４ｐ２とである。したがって、その余の部分を無給電ブロック１４から取り去ったとしても、天頂方向の利得を上昇させるという効果が得られることに変わりはない。

〔変形例１〕
次に、パッチアンテナ１の第１の変形例について、図７〜図１０を参照して説明する。

本変形例に係るパッチアンテナ１の構成を図７に示す。図７（ａ）は、本変形例に係るパッチアンテナ１の上面図であり、図７（ｂ）は、本変形例に係るパッチアンテナ１の断面図（ＡＡ’断面）である。本変形例に係るパッチアンテナ１は、無給電ブロック１４に４つのネジ穴１４ｄ１〜１４ｄ４が形成されている点で、図１に示すパッチアンテナ１と相違する。

図７（ｂ）に示すように、ネジ穴１４ｄ１〜１４ｄ４は、何れも、無給電ブロック１４の上端面から下端面に向かって形成されており、パッチアンテナ１をその上方に配置された部材に固定するためのネジ（金属製固定具）を貫入するために利用される。このとき、無給電ブロック１４は、第２の導体板１３を導体部材から離隔させるためのスペーサとして機能する。

図８は、本変形例に係るパッチアンテナ１（ネジ穴あり）及び図１に示すパッチアンテナ１（ネジ穴なし）の反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示すグラフである。図８に示すグラフからは、各周波数における反射係数｜Ｓ１１｜がネジ穴１４ｄ１〜１４ｄ４の有無に左右されないことが見て取れる。なお、本変形例に係るパッチアンテナ１（ネジ穴あり）の反射係数｜Ｓ１１｜は、ネジ穴１４ｄ１〜１４ｄ４にＭ３サイズのネジを貫入させた状態での特性である。

図９は、本変形例に係るパッチアンテナ１（ネジ穴あり）及び図１に示すパッチアンテナ１（ネジ穴なし）のｚｘ面における放射パターン（Ｅθ成分及びＥφ成分に関する利得の方向依存性）を示すグラフである。図９に示すグラフからは、Ｅθ成分及びＥφ成分の双方に関して、ｚｘ面内の各方向における利得がネジ穴１４ｄ１〜１４ｄ４の有無に左右されないことが見て取れる。なお、本変形例に係るパッチアンテナ１（ネジ穴あり）の利得は、ネジ穴１４ｄ１〜１４ｄ４にＭ３サイズのネジを貫入させた状態での特性である。

図１０は、本変形例に係るパッチアンテナ１（ネジ穴あり）及び図１に示すパッチアンテナ１（ネジ穴なし）のｙｚ面における放射パターン（Ｅθ成分に関する利得の方向依存性）を示すグラフである。図１０に示すグラフからは、少なくともＥθ成分に関して、ｙｚ面内の各方向における利得がネジ穴１４ｄ１〜１４ｄ４の有無に左右されないことが見て取れる。なお、本変形例に係るパッチアンテナ１（ネジ穴あり）の利得は、ネジ穴１４ｄ１〜１４ｄ４にＭ３サイズのネジを貫入させた状態での特性である。

〔変形例２〕
次に、パッチアンテナ１の第２の変形例について、図１１〜図１４を参照して説明する。

本変形例に係るパッチアンテナ１の構成を図１１に示す。図１１（ａ）は、本変形例に係るパッチアンテナ１の上面図であり、図１１（ｂ）は、本変形例に係るパッチアンテナ１の断面図（ＡＡ’断面）である。本変形例に係るパッチアンテナ１は、無給電素子１５が付加されている点で、図１に示すパッチアンテナ１と相違する。

無給電素子１５は、板状の導体により構成され、無給電ブロック１４の上端面と同一の平面内に配置される。ここで、無給電素子１５が無給電ブロック１４の上端面と同一の平面内に配置されるとは、以下の３つの条件の何れかが充足されることを指す。（１）無給電素子１５の上面が無給電ブロック１４の上端面と同一の平面に含まれる。（２）無給電素子１５の下面が無給電ブロック１４の上端面と同一の平面に含まれる。（３）無給電素子１５の上面と下面との間に挟まれた平面が無給電ブロック１４の上端面と同一の平面に含まれる。本変形例に係るパッチアンテナ１は、図１１（ｂ）に示すように、条件（１）を充足する。

無給電素子１５は、図１１（ａ）に示すように、外縁が放射部１３ａの外縁と重なる環状導体１５ａと、一端が環状導体１５ａの外縁に連なり、他端が無給電ブロック１４の上端面の外縁に連なる帯状導体１５ｂとにより構成されている。

本変形例において、環状導体１５ａの外縁及び内縁は正方形である。また、環状導体１５ａの外径ｅ、すなわち、環状導体１５ａの外縁を構成する各辺の長さは、３．４ｍｍであり、環状導体１５ａの内径ｆ、すなわち、環状導体の内縁を構成する各辺の長さは、３．０ｍｍである。また、帯状導体１５ｂの幅は、１．５ｍｍであり、帯状導体１５ｂの長さは、２．５ｍｍである。

図１２は、本変形例に係るパッチアンテナ１（無給電素子あり）及び図１に示すパッチアンテナ１（無給電素子なし）の反射係数｜Ｓ１１｜の周波数依存性を示すグラフである。図１２に示すグラフからは、無給電素子１５を付加したことによって、（１）共振周波数（５８ＧＨｚ及び６５ＧＨｚ）近傍で反射係数｜Ｓ１１｜が低下すること、及び、（２）反射係数｜Ｓ１１｜が１０ｄＢ以上となる帯域の比帯域幅ＦＷＢが１８％から１９％に拡大することが読み取れる。

図１３は、本変形例に係るパッチアンテナ１（無給電素子あり）及び図１に示すパッチアンテナ１（無給電素子なし）のｚｘ面における放射パターン（Ｅθ成分及びＥφ成分に関する利得の方向依存性）を示すグラフである。図１３に示すグラフからは、無給電素子１５を付加したことによって、Ｅφ成分に関して、天頂方向における利得が上昇することが読み取れる。

図１４は、本変形例に係るパッチアンテナ１（無給電素子あり）及び図１に示すパッチアンテナ１（無給電素子なし）のｙｚ面における放射パターン（Ｅθ成分に関する利得の方向依存性）を示すグラフである。図１４に示すグラフからは、無給電素子１５を付加したことによって、少なくともＥθ成分に関して、天頂方向における利得が上昇することが読み取れる。

このような天頂方向の利得の上昇は、無給電素子１５からの放射によるものと考えられる。実際、無給電素子１５に図１５に矢印で示すような電流分布が形成されること、すなわち、無給電素子１５から放射を生じ得ることが、数値シミュレーションにより確かめられる。

〔好ましい形状〕
次に、無給電ブロック１４の好ましい高さｂ（図１（ｂ）参照）に関して、図１６を参照して説明する。以下、無給電ブロック１４の高さｂを、誘電体基板１１の厚みａ（図１（ｂ）参照）で除した商ｂ／ａを、「規格化高さｂ／ａ」と記載する。

図１６は、第２の変形例に係るパッチアンテナ１（図１１）に関する比帯域幅（ＦＷＢ）及び利得（天頂方向の利得）の規格化高さｂ／ａ依存性を示すグラフである。図１６に示すグラフからは、規格化高さｂ／ａが４以上８以下であるときに、比帯域幅及び利得が高い値に保たれることが見て取れる。したがって、規格化高さｂ／ａは、４以上８以下であることが好ましいといえる。

次に、無給電ブロック１４と放射部１３ａとの間の好ましいギャップ幅ｄ（図１（ａ）参照）に関して、図１７を参照して説明する。以下、無給電ブロック１４と放射部１３ａとの間のギャップ幅ｄを、放射部１３ａの１辺の長さｃ（図１（ａ）参照）で除した商ｄ／ｃを、「規格化ギャップ幅ｄ／ｃ」と記載する。

図１７は、第２の変形例に係るパッチアンテナ１（図１１）に関する比帯域幅（ＦＷＢ）及び利得（天頂方向の利得）の規格化ギャップ幅ｄ／ｃ依存性を示すグラフである。図１７に示すグラフから、（１）規格化ギャップ幅ｄ／ｃが０．２５以上０．８５以下であるときに、比帯域幅が１５％以上になること、及び、（２）規格化帯域幅ｄ／ｃが０．７５以上０．９５以下であるときに、利得が４ｄＢｉ以上になることが見て取れる。したがって、規格化ギャップ幅ｄ／ｃは、（１）０．２５以上０．８５以下であることが比帯域幅の観点から好ましく、（２）０．７５以上０．９５以下であることが利得の観点から好ましく、（３）０．７５以上０．８５以下であることが比帯域幅及び利得の双方の観点から好ましいといえる。

最後に、環状導体１５ａの好ましい内径ｆ（図１１（ａ）参照）に関して、図１８を参照して説明する。以下、環状導体１５ａの内径ｆを、環状導体１５ａの外径ｅ（図１１（ａ）参照）で除した商ｆ／ｅを、「規格化内径ｆ／ｅ」と記載する。

図１７は、第２の変形例に係るパッチアンテナ１（図１１）に関する比帯域幅（ＦＷＢ）及び利得（天頂方向の利得）の規格化内径ｆ／ｅ依存性を示すグラフである。図１７に示すグラフからは、規格化内径ｆ／ｅが０．６５以上のときに、比帯域幅が１５％以上になることが分かる。したがって、規格化内径ｆ／ｅは、０．６５以上であることが好ましいといえる。

〔付記事項〕
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、無線装置等に搭載されるパッチアンテナに好適に利用することができる。

１ パッチアンテナ
１１ 誘電体基板
１２ 第１の導体板
１３ 第２の導体板
１３ａ 放射部
１３ｂ 給電路
１４ 無給電ブロック
１５ 無給電素子
１５ａ 環状導体
１５ｂ 帯状導体

Claims (8)

1. 誘電体基板と、
   上記誘電体基板の下面に形成された第１の導体板と、
   上記誘電体基板の上面に形成された第２の導体板と、
   上記誘電体基板を貫く無給電ブロックと、を備えており、
   上記無給電ブロックの下面が上記第１の導体板の上面と接触し、上記無給電ブロックの側面が上記誘電体基板の上面において上記第２の導体板の外縁と対向する、
   ことを特徴とするパッチアンテナ。
2. 上記第２の導体板は、上記誘電体基板の上面中央部に形成された正方形状の放射部と、上記誘電体基板の上面周辺部に形成された帯状の給電路であって、一端が上記放射部の１辺に連なる給電路とを有し、
   上記無給電ブロックは、側面が上記誘電体基板の上面において上記放射部の上記１辺を除く３辺と対向する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のパッチアンテナ。
3. 上記誘電体基板の厚みをａ、上記無給電ブロックの高さをｂとして、ｂ／ａが４以上８以下である、
   ことを特徴とする請求項２に記載のパッチアンテナ。
4. 上記放射部の各辺の長さをｃ、上記放射部の上記３辺と上記無給電ブロックの側面との間のギャップの幅をｄとして、ｄ／ｃが０．２５以上０．８５以下である、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載のパッチアンテナ。
5. 上記放射部の各辺の長さをｃ、上記放射部の上記３辺と上記無給電ブロックの側面との間のギャップの幅をｄとして、ｄ／ｃが０．７５以上０．９５以下である、
   ことを特徴とする請求項２から４までの何れか１項に記載のパッチアンテナ。
6. 上記無給電ブロックの上端と同一の平面内に配置された無給電素子であって、上記第２の導体板の少なくとも一部に重なる環状導体と、一端が上記環状導体に連なり、他端が上記無給電ブロックの上端に連なる帯状導体とを有する無給電素子を更に備えている、
   ことを特徴とする請求項１から５までの何れか１項に記載のパッチアンテナ。
7. 上記環状導体の外径をｅ、上記環状導体の内径をｆとして、ｆ／ｅが０．６５以上である、
   ことを特徴とする請求項６に記載のパッチアンテナ。
8. 上記無給電ブロックには、金属製固定具を貫入するための穴が形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から７までの何れか１項に記載のパッチアンテナ。