JPH0514041A - 平板パツチアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 アンテナの使用帯域幅を拡大し、狭い場所へ
のアンテナの設置を容易にする。 【構成】 地板１１，パッチ１２，給電軸１３およびシ
ョートピン１４を備えた平板パッチアンテナであって、
給電軸１３をパッチ１２側が太く地板１１側へ行くにし
たがい細くなる逆円錐形状にし、パッチ１２を，給電軸
１３の大径部から左右方向へ大径部径より小さい幅で水
平に延びる長方形状に形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、平板パッチアンテナ、
特にアンテナエレメントであるパッチ，地板，給電軸お
よびショートピンからなる平板パッチアンテナに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の平板パッチアンテナとしては、例
えば「電子情報通信学会技術研究報告 １９８７年Ｖｏ
ｌ．５３号 第２１〜２４頁 金田，後藤，他、“軸対
象モード円環パッチアンテナとその給電法”」に示すも
のが知られている。

【０００３】この種従来の平板パッチアンテナは、アー
ス板をなす地板と、この地板に所定間隔離して平行に配
置した円板状のパッチと、このパッチに給電する給電軸
と、パッチと地板間を導通するショートピンとから構成
される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の平板パッチアンテナは、給電線路とのインピ
−ダンスの整合性が悪いため、リターンロスが大きく、
使用帯域幅が狭いという問題がある。因に、リターンロ
スが−１１．７ｄＢ（日本電信電話規定ＶＳＷＲ１．
７）のときの比帯域幅は７〜１０％である。しかし、こ
の程度の比帯域幅では、アンテナケースの構造や車体へ
の取付方法等によってアンテナ特性が変化すると、チュ
ーニング周波数が自動車電話などの使用帯域からずれて
使用不能になってしまう。この場合、アンテナ特性の変
化諸要因を厳密に考慮したチューニングを行えばよい
が、チューニングが煩雑になり、アンテナケース構造や
取付位置などが制限されて自由度が小さいほか、取付工
数や調節工数等が増大するという問題があった。

【０００５】また、将来の自動車は、車重の低減等の目
的で、車体外板の樹脂化が進むと思われるが、車体外板
が樹脂化されると、基本的に電波を透過させることが出
来るので、アンテナを埋め込むことが可能となる。ここ
で樹脂化される車体外板としてフロントフェンダーが考
えられるが、従来の平板パッチアンテナをそこに埋め込
もうとすると、パッチの形状が円形で、ある程度の径を
有するため、フロントフェンダーに埋め込むことが出来
ないという問題がある。また、その他のアンテナ設置場
所として、リアスポイラー内に埋め込むことが考えられ
るが、スポイラーの幅は広いものから狭いものと様々で
あるため、幅の狭いスポイラーにはアンテナを埋め込む
ことが出来ない。さらにまた、アンテナの設置場所とし
て、リアパーセル上も考えられるが、最近の自動車は、
空気清浄器やスピーカー等が置かれているので、幅の広
い平板パッチアンテナは設置できないという問題があ
る。

【０００６】本発明の目的は、使用帯域幅を拡大し、狭
い場所へのアンテナの設置を容易にした平板パッチアン
テナを提供することにある

【０００７】

【課題を解決するための手段】実施例である図１に対応
付けて本発明を説明すると、本発明はアース板である地
板１１と、地板１１と所定間隔離して平行に配置したア
ンテナエレメントであるパッチ１２と、パッチ１２に給
電する給電軸１３と、地板１１とパッチ１２とを導通す
る複数のショートピン１４とを有する平板パッチアンテ
ナに適用される。そして、上記目的は、給電軸１３を、
パッチ１２側が太く地板１１側へ行くにしたがい細くし
た円錐形状に形成し、パッチ１２を、給電軸１３の大径
部から左右方向へ大径部より小さい幅で伸びる長方形状
に形成することにより、達成できる。

【０００８】

【作用】給電軸１３が地板１１側へ行くにしたがい細く
なる円錐形状であり、アンテナと給電線路とのインピ−
ダンスの整合性が良くなり、リターンロスが減少してア
ンテナの使用帯域幅が拡大する。また、パッチ１２が給
電軸１３の大径部径より狭い幅の長方形状であり、狭い
場所へのアンテナの設置が容易となる。

【０００９】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段と作用の項では、本発明を分かり易
くするために実施例の図を用いたが、これにより本発明
が実施例に限定されるものではない。

【００１０】

【実施例】図１および図２は、本発明の平板パッチアン
テナの一実施例を示すものであり、図１は全体の平面
図、図２はその縦断面図である。図１，図２において、
平板パッチアンテナ１０は、アース板である長方形状の
地板１１、地板１１に所定間隔離して平行に配置した長
方形のパッチ１２、パッチ１２の中間部に一体に形成し
た給電軸１３、および給電軸１３を中心とする対称位置
で地板１１とパッチ１２間を導通させる複数のショート
ピン１４を備える。

【００１１】パッチ１２の給電軸１３は、パッチ接合側
が太く地板１１側へ行くにしたがい細くなる逆円錐状に
形成され、その頂部には給電ケーブル（図示せず）の中
心導体１５が接続されている。また、パッチ１２は、逆
円錐状給電軸１３の大径部周縁に水平に形成した円形鍔
部１２ａと、この円形鍔部１２ａから左右方向へ水平に
かつ対称に伸びる長方形の長片部１２ｂ，１２ｃを有
し、円形鍔部１２ａの径Ｄは給電軸１３の大径部直径Ｆ
より大きい寸法に形成され、長片部１２ｂ，１２ｃの短
辺寸法Ｂは給電軸１３の大径部直径Ｆより小さい寸法に
形成されている。

【００１２】このような平板パッチアンテナにおいて
は、パッチ１２の給電軸１３が地板１１側へ突出する逆
円錐状に形成されることにより、給電線とアンテナとの
インピ−ダンス整合が良好になり、これによってリター
ンロスを減少させ、比帯域幅を増加させてアンテナの使
用帯域を拡大できる。そして、円形鍔部１２ａの一部あ
るいは長片部１２ｂ，１２ｃの終端縁をカットすること
により、アンテナの共振周波数ｆｏを変化させ、比帯域
幅を増加方向に調整できる。

【００１３】次に、上記作用効果を得るための具体例に
ついて説明する。図３は、図１に示す平板パッチアンテ
ナ１０を基本型として、円形鍔部１２ａの斜線部分を切
除した場合のアンテナであり、図４は、長片部１２ｂ，
１２ｃの終端部において斜線部分を切除した場合のアン
テナである。このようなカット処理を施すことによって
比帯域幅、すなわちアンテナの使用帯域を拡大できる。
また、図５は、図１〜図４に対応する平板パッチの各部
の寸法を示す図表である。

【００１４】図６および図７は、図１に示す基本型のア
ンテナ（円形鍔部１２ａの径Ｄ＝７０mm）と、図３に示
すアンテナ（円形鍔部１２ａの径Ｄ＝５５mm）の各部寸
法を図５に示す値に設定したときのリターンロス特性図
およびスミスチャートである。図６において、曲線Ｉは
基本型アンテナのリターンロス特性を，曲線IIは図３に
示すアンテナのリターンロス特性をそれぞれ示し、リタ
ーンロスが−１１．７ｄＢにおける比帯域幅を求める
と、基本型アンテナの場合は１９％となり、円形鍔部１
２ａを切除したアンテナの場合は１９．１％となり、い
ずれの場合も従来の比帯域幅７〜１０％より大幅に拡大
されていることが認められた。また、図７において、周
波数を０．５ＧHzから１．５ＧHzに変化させたときの基
本型アンテナのインピ−ダンス特性は曲線IIIのように
なり、円形鍔部をカットしたアンテナのインピ−ダンス
特性は曲線IVのようになる。

【００１５】図８および図９は、図１に示す基本型のア
ンテナと、図４に示すようにパッチ１２の長さＡを１８
０mm，１７０mmに設定したときのアンテナのリターンロ
ス特性図およびスミスチャートである。図８において、
曲線Ｉは基本型アンテナのリターンロス特性を，曲線Ｖ
がパッチ長Ａが１８０mmのリターンロス特性を，曲線VI
がパッチ長Ａが１７０mmのリターンロス特性を示し、リ
ターンロスが−１１．７ｄＢにおける比帯域幅を求める
と、パッチ長が１８０mmのアンテナの場合は２０．５
％、パッチ長が１７０mmのアンテナの場合は２１．５％
となり、従来のアンテナの倍以上に拡大できることが認
められた。また、図９において、周波数を０．５ＧHzか
ら１．５ＧHzに変化させたときの基本型アンテナのイン
ピ−ダンス特性は曲線IIIに，パッチ長を１８０mmにし
たアンテナのインピ−ダンス特性は曲線VIIに，パッチ
長１７０mmにしたアンテナのインピ−ダンス特性は曲線
VIIIにそれぞれ示す。なお、図６〜図９において、Ｐ１
〜Ｐ３は測定点を示す。

【００１６】図１０は、上述する基本型アンテナ、円形
鍔部カットのアンテナおよびパッチ長を１８０mm，１７
０mmに設定したアンテナの共振周波数ｆｏ，波長λ，帯
域幅Δｆ，比帯域幅Δｆ／ｆｏの結果を表わした図表で
ある。

【００１７】このような本実施例によれば、アンテナの
使用帯域幅を大幅に拡大し得るから、アンテナ周囲の状
況を考慮したチューニングが容易になり、アンテナの取
付工数を減少できるほか、アンテナ設置後の降雨等によ
る環境の変化や量産時の性能のばらつきにも影響されに
くい平板パッチアンテナを実現することができる。

【００１８】図１１の（ａ），（ｂ）は、本実施例の平
板パッチアンテナを自動車の樹脂製フロントフェンダ内
に装着した場合の概略平面図およびその正面図である。
図１１の（ａ）において、フロントフェンダ２０の寸法
Ｗは、通常１００mm以下であるが、本実施例の平板パッ
チアンテナ１０の円形鍔部１２ａの寸法Ｄは、自動車電
話用の周波数帯に換算すると８２mmとなる。その結果、
平板パッチアンテナをフロントフェンダ２０内に装着す
ることが可能になる。また、この時の地板の幅も当然１
００mm以下となるが、その分、地板の長辺側を延ばして
全体の面積を同等にすれば、アンテナ特性を満足でき
る。なお、従来の円形平板パッチアンテナでは、パッチ
の直径が１５６mmであるため、フロントフェンダ内に装
着することができない。

【００１９】図１２の（ａ），（ｂ）は、本実施例の平
板パッチアンテナ１０を車両の樹脂製リアスポイラー３
０に埋め込んだ場合の概略平面図およびその正面図であ
る。スポイラー３０には、その幅の広いものから狭いも
のまで種々あるが、アンテナ１０の幅を狭くできるか
ら、種々のスポイラーに対応できる。

【００２０】図１３は、本実施例の平板パッチアンテナ
１０を車両のリアパーセル４０上に設置した場合の概略
平面図である。図において、リアパーセル４０上には、
空気清浄器４１やスピーカー４２等が設置されている
が、アンテナ１０の幅を狭くできるから、リアパーセル
４０の空き部分に図１３に示す如くアンテナ１０を設置
でき、アンテナの設置可能範囲を拡大することができ
る。

【００２１】なお、本発明は、上記実施例に示す構成の
アンテナに限定されず、請求項に記載した範囲を逸脱し
ない限り種々に変形し得る。たとえば、パッチを構成す
る平板を円錐形状に凹ませて給電軸を形成したが、中実
の逆円錐体の給電軸をパッチと一体に形成してもよい。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、パ
ッチの給電軸を、パッチ側が太く地板側へ行くにしたが
い細くなる円錐形状にし、さらにパッチを給電軸を中心
にして左右方向へ水平に延びる長方形状にしたので、ア
ンテナと給電線路とのインピ−ダンス整合が良好にな
り、かつリターンロスが小さくなってアンテナの使用帯
域幅を大幅に拡大することができる。また、パッチを長
方形状にすることができ、車両などの狭い場所にアンテ
ナを容易に設置できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す平板パッチアンテナの
平面図である。

【図２】図１のＸ−Ｘ線に沿う断面図である。

【図３】本実施例におけるアンテナの円形鍔部の一部を
切除したパッチ部分の平面図である。

【図４】本実施例におけるアンテナのパッチの一部を切
除したパッチ部分の平面図である。

【図５】本実施例における平板パッチアンテナの各部の
寸法を表わした図表である。

【図６】本実施例における基本型アンテナと円形鍔部を
切除したアンテナのリターンロス特性図である。

【図７】本実施例における基本型アンテナと円形鍔部を
切除したアンテナのインピ−ダンス特性を表わすスミス
チャートである。

【図８】本実施例における基本型アンテナとパッチの一
部をカットしたアンテナのリターンロス特性図である。

【図９】本実施例における基本型アンテナとパッチの一
部をカットしたアンテナのインピ−ダンス特性を表わす
スミスチャートである。

【図１０】本実施例における基本型アンテナ、円形鍔部
をカットしたアンテナおよびパッチの一部をカットした
アンテナの共振周波数，帯域幅，および比帯域幅の関係
を示す図である。

【図１１】本実施例のアンテナをフェンダ内に装着した
状態を示す図である。

【図１２】本実施例のアンテナをスポイラー内に埋め込
んだ状態を示す図である。

【図１３】本実施例のアンテナを車両のリアパーセル上
に設置した状態を示す概略平面図である。

【符号の説明】

１０ 平板パッチアンテナ １１ 地板 １２ パッチ １２ａ 円形鍔部 １２ｂ，１２ｃ 長片部 １３ 給電軸 １４ ショートピン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 アース板である地板と、前記地板と所定
   間隔離して平行に配置したアンテナエレメントであるパ
   ッチと、前記パッチに給電する給電軸と、前記地板とパ
   ッチとを導通する複数のショートピンとを有する平板パ
   ッチアンテナにおいて、 前記給電軸を、パッチ側が太く地板側へ行くにしたがい
   細くした円錐形状に形成し、 前記パッチを、前記給電軸の大径部から左右方向へ大径
   部より小さい幅で伸びる長方形状に形成したことを特徴
   とする平板パッチアンテナ。