JPH0514042A - 平板パツチアンテナ - Google Patents

平板パツチアンテナ

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JPH0514042A
JPH0514042A JP18940191A JP18940191A JPH0514042A JP H0514042 A JPH0514042 A JP H0514042A JP 18940191 A JP18940191 A JP 18940191A JP 18940191 A JP18940191 A JP 18940191A JP H0514042 A JPH0514042 A JP H0514042A
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flat
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shaft
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浩一郎 加藤
Motomiki Hirano
元幹 平野
Itsuki Mizuno
厳 水野
Masanori Saito
誠則 斉藤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 平板パッチアンテナの使用帯域幅を拡大す
る。 【構成】 パッチ11,地板12,給電軸13およびシ
ョートピン14を有する平板パッチアンテナである。給
電軸13と同軸でかつパッチ側を頂部とする錐17を地
板12に設け、給電軸13の少なくとも一部分を錐17
で囲む。これにより、アンテナ部に同軸線路が構成さ
れ、これが、アンテナと給電ケーブルとのインピ−ダン
スの整合性を向上し、アンテナの使用帯域幅を広くす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、移動体等に使用され、
特に帯域幅の拡大化を図った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
称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】図7は、この種従来の平板パッチアンテナ
の断面図である。図7において、1はアース板となる導
電性の地板、2は地板1に所定間隔離して平行に配置し
た導電性のパッチで、アンテナ素子を構成する。3はパ
ッチ2の中心に接続した給電軸であり、この給電軸3に
は給電ケーブル4の中心導体が使用され、給電ケーブル
4の外部導体は給電コネクタ5を介して地板1に接続さ
れている。6は地板1とパッチ2間を結合するショート
ピンである。
【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では、給電ケーブルがイ
ンピ−ダンスの異なるアンテナと地板側で終端するた
め、両者のインピ−ダンス整合がとりにくく、このた
め、リターンロスが大きくなって帯域幅が狭くなり、環
境の変化に対してアンテナチューニングがずれると使用
できなくなるという問題がある。例えば、図8は、ショ
ートピン7と給電軸3間の距離pと、リターンロスが−
10dBのときの比帯域幅Δf/fとの関係を示す周波
数帯域特性図であるが、この図8から明らかなように、
従来の平板パッチアンテナでは、その比帯域幅はリター
ンロスが−10dBでも7〜10%程度しかない。図9
は、従来における平板パッチアンテナのパッチ1の直径
を0.51λ(=162mm)、アンテナの高さ(パッチ
と地板間の間隔t)を0.04λ(=13mm)としたと
きの特性図を示すもので、その比帯域幅は7.3%であ
る。
【0005】しかるに、平板パッチアンテナを自動電話
用アンテナとして使用する場合、図10に示すように、
周波数帯域が860〜940MHzで、リターンロスが
−11.7dB(日本電信電話規定VSWR1.7)の
とき、比帯域幅は8〜10%程度必要である。しかし、
図9のような特性のアンテナでは帯域幅に余裕がなく、
降雨による水滴の付着等によって使用可能帯域が変化す
ると使用不能になるおそれがあった。例えば、図11
は、アンテナ上方に水滴がある場合のリターンロスと周
波数との関係を示した特性図であるが、図示のごとく、
水滴が多くなると使用可能周波数が低域側にずれる。こ
のため、従来の平板パッチアンテナを自動車電話用に使
用した場合には、降雨によって自動車電話使用帯域から
簡単にずれてしまい、通話不能になるおそれがあった。
【0006】また、図7に示すアンテナを屋外に設置し
た場合、雨などの水が給電軸3と給電ケーブル4の給電
部分に滞留すると、給電部分が短絡されてしまうおそれ
がある。さらにまた、図12に示すように平板パッチア
ンテナを密閉ケース7内に収納すれば、雨などによる給
電部分の短絡を防止できるが、密閉アンテナを使用する
周囲環境の温度が変化すると、ケース内面およびアンテ
ナに結露が生じることがある。このような場合、結露に
より生じた水滴8が給電部分に流れ込むと給電部分が短
絡され、アンテナとしての機能を損ねてしまう問題があ
る。
【0007】また、アンテナケースの構造や車体取付け
方法等によってもアンテナ特性が変化するので、そのよ
うな変化諸要因を厳密に考慮したチューニングを行わな
いと周波数のずれによって使用不能になる。このため、
ケース構造や取付け位置等の自由度が小さく、かつ取付
け工数や調整工数等が増大するという問題があった。
【0008】本発明の目的は、使用帯域幅を広くできる
平板パッチアンテナを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】実施例である図1に対応
づけて本願請求項1に記載された発明を説明すると、ア
ンテナエレメントであるパッチ11と、パッチ11と所
定間隔離して平行に配置された地板12と、パッチ11
に給電する給電軸13と、パッチ11と地板12間を導
通するショートピン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と同軸
でかつパッチ側を頂部とする錐17を地板12から突出
させ、給電軸13の少なくとも一部分を錐17で囲む構
成をとることにより達成できる。また、実施例である図
6に対応づけて本願請求項2に記載された発明を説明す
ると、給電軸13Aはパッチ接合部側が太く、地板12
側へ行くにしたがい細くなる逆円錐部13aを有する。
【0010】
【作用】給電軸13の少なくとも一部が錐17で囲繞さ
れることによりアンテナ部に同軸線路が構成される。こ
れにより、アンテナと給電ケーブルとのインピ−ダンス
の整合性を向上し、アンテナの使用帯域幅を広くする。
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。
【0011】
【実施例】−実施例1−図1〜図3は、本発明の第1の
実施例を示すもので、図1は断面図、図2は平面図であ
る。図1および図2において、平板パッチアンテナ10
は、アンテナエレメントである円板状のパッチ11、パ
ッチ11と所定間隔離して平行に配置したアース板であ
る地板12、パッチ11に給電する給電軸13、および
パッチ11と地板12間を導通する複数のショートピン
14を備える。地板12の下面には、給電ケーブル15
が給電コネクタ16により連結され、給電ケーブル15
の中心導体が給電軸13に、外部導体が地板12にそれ
ぞれ接続される。地板12のパッチ11と対向する内面
には、給電軸13をほぼ全長に亘り包囲する円錐形の隆
起部17が給電軸13と同心に形成され、この隆起部1
7と給電軸13によりアンテナとインピ−ダンス整合の
良い同軸線路を構成する。すなわち、この同軸線路のイ
ンピ−ダンスはパッチ11側に行くにしたがい緩やかに
変化する特性となり、これによって給電ケーブル15と
アンテナとのマッチングを良好にする。
【0012】このような本実施例のアンテナにおいて
は、給電軸13と隆起部17が給電ケーブル15とアン
テナとのインピ−ダンスの整合性を良好にするから、リ
ターンロスが減少し、比帯域幅が増加してアンテナの利
用帯域幅を拡大できる。
【0013】図3は、パッチ11の直径を0.51λ
(=162mm)、アンテナ高さ(パッチ11と地板12
間の間隔tに相当)を0.04λ(13mm)、隆起部1
7の底辺側の直径を0.17λ(=55mm)に設定した
ときの本実施例における平板パッチアンテナのリターン
ロスと周波数との関係を示す特性図である。この図3か
らも明らかなように、リターンロスが−11.7dBに
おける比帯域幅は16.6%となり、従来のアンテナの
倍以上になっているほか、帯域幅も大幅に拡大されてい
ることが認められた。
【0014】したがって、降雨等により使用可能周波数
帯域が図11に示すように変化しても、本実施例の平板
パッチアンテナを自動車電話用として使用でき、従来の
ような厳密なチューニングが不要になる。また、本実施
例の平板パッチアンテナにおいても、パッチ11と地板
12間の間隔tを大きくすれば、さらに広帯域化が可能
になる。この場合の広帯域化率は、円錐形の隆起部17
と給電軸13から得られるものとの相乗効果によって、
さらに大きくできる。このことは実験により確認されて
いる。さらに、本実施例のアンテナを屋外で使用すると
き、これに雨などの水が振りかかっても、給電部分は円
錐状隆起部17によって覆われているから、給電部分が
水滴によって短絡されるのを未然に防止できる。
【0015】図4は、本実施例の平板パッチアンテナ1
0を密閉ケース19内に収容して使用する場合のもの
で、周囲環境の温度変化により、ケース19の内面およ
びアンテナ10の表面に結露した水分は水滴20となっ
て落下するが、このうち、給電部付近の水滴20aは円
錐状隆起部17の傾斜面に沿って流れ落ちる。このた
め、給電部が水滴により短絡されるのを未然に防止で
き、かつアンテナの機能を損なうことがない。
【0016】なお、上記実施例において、隆起部17の
形状は、円錐形に限らず、角錐形などの形状でも良いほ
か、径が階段状に変化する形状でも良い。また、隆起部
17は中実なものに限らず、中空でも良い。さらにま
た、パッチおよび隆起部を含む地板の材質は、銅,アル
ミニウム等の金属、あるいは樹脂表面に導電体のメッキ
を施したもの等でも良い。
【0017】−実施例2−図5は、本発明の第2の実施
例を示す。この実施例において、図1と異なる点は、円
錐状の隆起部17Aを、地板12にプレス加工などによ
り直接形成したこと、パッチ11の下面に近接する隆起
部17Aの頂部から、第1の実施例より十分に短い給電
軸13を隆起部17Aの裏面に突出させ、その突出端に
給電ケーブル15の中心導体を接続したこと、および給
電ケーブルの外部導体をアースバンド21によって隆起
部17A内に固定したところにある。
【0018】このようにした平板パッチアンテナにおい
ても、隆起部17Aと給電軸13が第1の実施例と同様
な同軸線路を構成し、そして、隆起部17Aの板厚が
0.5mm程度以上あれば、第1の実施例とほとんど差の
ないアンテナ特性が得られる。また、地板12の一部を
利用して隆起部17Aを形成することにより、隆起部1
7をプレスなどで低コストに形成でき、量産に対応でき
る。さらにまた、隆起部17Aの裏側に空間ができるた
め、この空間内に給電コネクタを収容できる。すなわ
ち、給電コネクタ部分が地板の裏側に突出することがな
くなるので、アンテナの高さが制限された場所にも容易
に設置できるほか、密閉ケース等に収納する場合にも好
適となる。
【0019】−実施例3−図6は、本発明の第3の実施
例を示す。この実施例において、図1と異なる点は、給
電軸13Aを、パッチ接合部側が太く、地板12側へ行
くにしたがい細くなる逆円錐部13aと、この逆円錐部
13aの頂点に連接したピン部13bとから形成したこ
と、地板12の隆起部17Bをピン部13bが包囲され
る円錐形状にしたところにある。
【0020】このように構成された本実施例の平板パッ
チアンテナにおいても、給電軸13Aおよび隆起部17
Bが第1の実施例と同様な同軸線路を構成するから、第
1の実施例で述べたと同様な作用効果が期待できる。
【0021】なお、第3の実施例においても、隆起部1
7B,逆円錐部13aは円錐形に限らず、角錐形等でも
良いほか、径が階段状に変化する形状のものでも良い。
また、隆起部および逆円錐部は中空でも良い。さらにま
た、これらの材質は、銅,アルミニウム等の金属、ある
いは樹脂表面に導電体のメッキを施したものなどでも良
い。
【0022】以上の実施例の構成において、隆起部1
7,17A,17Bが錐をそれぞれ構成する。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、パ
ッチ側へ突出する錐を地板に形成して少なくとも給電軸
の一部を囲むようにしたので、アンテナと給電ケーブル
とのインピ−ダンスの整合性が良くなり、これによって
アンテナの使用帯域幅を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すアンテナの断面図
である。
【図2】図1の平面図である。
【図3】本実施例におけるアンテナのリターンロスと周
波数との関係を示す特性図である。
【図4】本実施例のアンテナを密閉ケースに収納した場
合を示す断面図である。
【図5】本発明の第2の実施例を示すアンテナの断面図
である。
【図6】本発明の第3の実施例を示すアンテナの断面図
である。
【図7】従来の平板パッチアンテナの断面図である。
【図8】従来におけるアンテナの周波数帯域特性図であ
る。
【図9】従来におけるリターンロスと周波数との関係を
示す特性図である。
【図10】自動車電話の帯域特性であるNTT規定VS
WR=1.7のときの特性図である。
【図11】平板パッチアンテナの降雨による特性の変化
を示す図である。
【図12】従来のアンテナを密閉ケースに収納した場合
を示す断面図である。
【符号の説明】
10 平板パッチアンテナ 11 パッチ 12 地板 13,13A 給電軸 14 ショートピン 15 給電ケーブル 17,17A,17B 隆起部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 誠則 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アンテナエレメントであるパッチと、前
    記パッチと所定間隔離して平行に配置された地板と、前
    記パッチに給電する給電軸と、前記パッチと地板間を導
    通するショートピンとを有する平板パッチアンテナにお
    いて、 前記給電軸と同軸でかつパッチ側を頂部とする錐を前記
    地板には設け、前記給電軸の少なくとも一部分を前記錐
    で囲んだことを特徴とする平板パッチアンテナ。
  2. 【請求項2】 前記給電軸は、前記パッチ接合部側が太
    く、前記地板側へ行くにしたがい細くなる逆円錐部を有
    することを特徴とする請求項1に記載された平板パッチ
    アンテナ。
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