JPH06276013A - 小型平面パッチアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型化が可能で周波数帯域幅が広い汎用性、
携帯性、信頼性に優れた小型平面パッチアンテナの提供
を目的とする。 【構成】 方形放射素子２の給電用ストリップ素子４の
端面と対向した一辺に沿い、かつ円偏波用カット部３の
ない隅部にＬ字型突部６を方形放射素子２と電気的に接
続して形成され、そのＬ字型突部６の長辺の長さａと短
辺の長さｂ並びに方形放射素子２から給電用ストリップ
素子４の端面と平行な方向に突出した長さＣと、方形放
射素子２から給電用ストリップ素子４の端面と垂直な方
向に突出した長さｄを所定の範囲に調整した構成からな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はグローバル・ポジショニ
ング・システム（ＧＰＳ）や携帯用無線電話装置等に用
いられる小型平面パッチアンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、移動体通信機器等に使用される移
動局用アンテナは小型・軽量化と共に利用範囲の拡大に
従ってより広い周波数特性が要求されるようになった。

【０００３】以下に従来の小型平面パッチアンテナにつ
いて説明する。図３は従来の一般的な小型平面パッチア
ンテナの構成を示す図である。１は樹脂やセラミックス
材料で形成された誘電体基板、２は誘電体基板１の片面
に形成された方形放射素子、３は方形放射素子２の隅部
等に設けられた円偏波用カット部、４は給電用ストリッ
プ素子、５は誘電体基板１の他面に形成された接地導体
である。

【０００４】以上のように構成された小型平面パッチア
ンテナについて、以下その周波数帯域幅特性を説明す
る。方形放射素子２の長さがｘのとき、共振周波数ｆは
近似的に（数１）によって与えられる。

【０００５】

【数１】

【０００６】ここで、Ｃは光速、εｒは誘電体基板１の
比誘電率である。また平面パッチアンテナのＱ値は近似
的に（数２）によって与えられる。

【０００７】

【数２】

【０００８】ここで、Ｑｒは放射によるＱ値、Ｑｄは誘
電体によるＱ値であり、それぞれ（数３），（数４）で
表される。

【０００９】

【数３】

【００１０】

【数４】

【００１１】ここで、ｔは誘電体の厚さ、ｔａｎδは誘
電体の誘電体損失である。更に、平面パッチアンテナの
周波数帯域幅Ｂｗは（数５）で与えられる。

【００１２】

【数５】

【００１３】ここで、Ｓは定在波比である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、アンテナを小型化するためには方形放射素
子２の長さｘを小さくすると同時に比誘電率εｒを大き
くする必要がある。また（数２），（数３），（数４）
から明らかなように、比誘電率εｒを大きくすると、放
射によるＱ値（Ｑｒ）が大きくなりアンテナ全体のＱ値
も大きくなる。従って、（数５）から明らかなように、
アンテナのＱ値が大きくなれば周波数帯域幅Ｂｗは狭く
なる。つまり平面パッチアンテナを小型化すると、周波
数帯域幅Ｂｗが狭くなり、小型・広帯域化が要求される
移動通信用アンテナには適さなくなってしまうという問
題点があった。

【００１５】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、小型化が可能で周波数帯域幅が広い汎用性、携帯
性、信頼性に優れた小型平面パッチアンテナを提供する
ことを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１の小型平面パッチアンテナは、方形
放射素子の給電用ストリップ素子が形成された一辺と対
向した一辺に沿い、かつ円偏波用カット部のない隅部等
に、方形放射素子と電気的に接続して形成されたＬ字型
突部を設けた構成を有しており、請求項２の小型平面パ
ッチアンテナは、請求項１において、Ｌ字型突部の長辺
部分が給電用ストリップ素子の端面と垂直な方向に、ま
たＬ字型突部の短辺部分が給電用ストリップ素子の端面
と平行な方向になるように形成した構成を有しており、
請求項３の小型平面パッチアンテナは、請求項２におい
て、Ｌ字型突部の長辺部分の長さと方形放射素子の一辺
の長さの比が０．４５〜０．５５の範囲、Ｌ字型突部の
短辺部分の長さと方形放射素子の一辺の長さの比が０．
２２５〜０．２７５の範囲であり及び／又は、Ｌ字型突
部が方形放射素子から給電用ストリップ素子の端面と平
行な方向に突出する長さと方形放射素子の一辺の長さの
比が０．１２５以下、Ｌ字型突部が方形放射素子から給
電用ストリップ素子の端面と垂直な方向に突出する長さ
と方形放射素子の一辺の長さの比が０．１２５以下であ
る構成を有している。

【００１７】ここで、Ｌ字型突部は方形放射素子と一体
として形成してもよい。

【００１８】

【作用】この構成によって、平面パッチアンテナを小型
化しても、従来よりも周波数帯域を広帯域化することが
できる。

【００１９】

【実施例】以下本発明の一実施例における小型平面パッ
チアンテナについて、図面を参照しながら説明する。図
１は本発明の一実施例における小型平面パッチアンテナ
の構成図である。１は誘電体基板、２は方形放射素子、
３は円偏波用カット部、４は給電用ストリップ素子、５
は接地導体であり、これらは従来例と同様なものなので
同一の符号を付し説明を省略する。６は方形放射素子２
の一辺に設けた給電用ストリップ素子４と対向した一辺
に沿い、かつ円偏波用カット部３のない隅部等に方形放
射素子２と電気的に接続して形成されたＬ字型突部であ
る。

【００２０】ここで、Ｌ字型突部６の長辺は給電用スト
リップ素子４の端面と垂直な方向に、短辺は給電用スト
リップ素子４の端面と平行になるように設けてある。

【００２１】以上のように構成された本発明の一実施例
における小型平面パッチアンテナについて、以下その製
造方法を説明する。

【００２２】初めに、方形放射素子２，給電用ストリッ
プ素子４，接地導体５及びＬ字型突部６は、それぞれ誘
電体基板１の一面に、スクリーン印刷等の手段によっ
て、所定の形状になるように銀ペースト（商品名：Ｈ５
９９３，昭栄化学（株）製）等を塗布し、これを焼き付
けて形成する。焼き付け条件としては、昇降温速度１２
００℃／時間、保持温度８５０℃、保持時間１０時間が
好ましい。このとき誘電体基板１上に形成された方形放
射素子２，給電用ストリップ素子４，接地導体５及びＬ
字型突部６の厚みは１０〜２０μｍ程度である。

【００２３】次に、Ｌ字型突部６の長辺の長さａと短辺
の長さｂ、並びにＬ字型突部６が方形放射素子２から給
電用ストリップ素子４の端面と平行な方向に突出する長
さＣと、方形放射素子２から給電用ストリップ素子４の
端面と垂直な方向に突出した長さｄの各辺の長さを調整
し、各辺の長さの範囲を（数６）の如く規定することで
小型平面パッチアンテナの周波数帯域幅を広帯域化でき
る。

【００２４】

【数６】

【００２５】以上のように製造される本発明の一実施例
における小型平面パッチアンテナと、従来の小型平面パ
ッチアンテナについて、性能比較試験を行った。以下そ
の結果について説明する。

【００２６】（実験例）縦３０mm、横３０mm、厚さ２mm
のセラミックス製誘電体基板を用いて方形放射素子２の
長さ（ｘ）を２７mmとした以外は実施例と同様にして試
料を作製し、周波数帯域幅を電波暗室にて、以下の方法
で測定した。測定方法の概略図を図２に示す。７は９０
０ＭＨｚの標準信号発信器、８は測定用送信アンテナ、
９は被測定用小型平面パッチアンテナ、１０は可変信号
減衰器、１１は測定用受信機である。測定条件は測定用
送信アンテナ８、被測定用小型平面パッチアンテナ９を
それぞれ地上高１．５ｍの位置に設置し、測定用送信ア
ンテナ８と被測定用小型平面パッチアンテナ９間の距離
は４ｍとした。測定結果を（表１）に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】（比較例１）上記実験例において、Ｌ字型
突部６の各辺の長さａ，ｂ，ｃ，ｄの少なくとも１つが
本発明の限定範囲内に入っていない以外は、実験例と同
一条件で周波数帯域幅を測定した。その結果を（表１）
に示す。

【００２９】（比較例２）図４は本発明の比較例２にお
ける小型平面パッチアンテナの構成図である。

【００３０】比較例２は、実験例におけるＬ字型突部６
の設ける箇所を、方形放射素子２の給電用ストリップ素
子４が形成された一辺と同一の辺で、かつ、円偏波用カ
ット部３のある隅部に設けた以外は、実験例と同一条件
で周波数帯域幅を測定した。その結果を（表１）に示
す。

【００３１】（比較例３）図５は本発明の比較例３にお
ける小型平面パッチアンテナの構成図である。

【００３２】比較例３は、実験例におけるＬ字型突部６
を設ける箇所を、方形放射素子２の給電用ストリップ素
子４が形成された一辺と同一の辺で、かつ、円偏波用カ
ット部３のない隅部に設けた以外は実験例と同一条件で
周波数帯域幅を測定した。その結果を（表１）に示す。

【００３３】（比較例４）図６は本発明の比較例４にお
ける小型平面パッチアンテナの構成図である。

【００３４】比較例４は、実験例におけるＬ字型突部６
を設ける箇所を、給電用ストリップ素子４が形成された
一辺と対向した一辺に沿って、かつ円偏波用カット部３
のある箇所に設けた以外は、実験例と同一条件で周波数
帯域幅を測定した。その結果を（表１）に示す。

【００３５】（比較例５）比較例５は実験例におけるＬ
字型突部６を設けない図３に示すような従来の小型平面
パッチアンテナについて、実験例と同一条件で周波数帯
域幅を測定した。その結果を（表１）に示す。

【００３６】この（表１）から明らかなように、Ｌ字型
突部６を所定の箇所に設け、かつ、各辺の長さａ，ｂ，
ｃ，ｄの範囲が本発明の限定範囲内にある場合は、周波
数帯域幅が広帯域化することがわかった。しかし、これ
が限定範囲外のときは特に広帯域化していない。

【００３７】

【発明の効果】以上のように本発明は、誘電体基板上の
一面に接して形成された方形放射素子の給電用ストリッ
プ素子の端面と対向する一辺に沿い、かつ円偏波用カッ
ト部のない隅部にＬ字型突部を方形放射素子と電気的に
接続するように設け、そのＬ字型突部の長辺の長さａと
短辺の長さｂ、並びにＬ字型突部を設ける位置つまり、
方形放射素子から給電用ストリップ素子の端面と平行な
方向に突出した長さＣと、方形放射素子から給電用スト
リップ素子の端面と垂直な方向に突出した長さｄを調整
することでアンテナの小型化に伴う周波数帯域幅の狭帯
域化の問題を解決し、小型化が可能で周波数帯域幅が広
い汎用性、携帯性、信頼性に優れた小型平面パッチアン
テナを実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における小型平面パッチアン
テナの構成図

【図２】本発明の一実施例における小型平面パッチアン
テナのアンテナ特性を測定する測定方法の概略図

【図３】従来の一般的な小型平面パッチアンテナの構成
図

【図４】本発明の比較例２における小型平面パッチアン
テナの構成図

【図５】本発明の比較例３における小型平面パッチアン
テナの構成図

【図６】本発明の比較例４における小型平面パッチアン
テナの構成図

【符号の説明】

１ 誘電体基板 ２ 方形放射素子 ３ 円偏波用カット部 ４ 給電用ストリップ素子 ５ 接地導体 ６ Ｌ字型突部 ７ 標準信号発生器 ８ 測定用送信アンテナ ９ 被測定用小型平面パッチアンテナ １０ 可変信号減衰器 １１ 測定用受信機

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体基板と、前記誘電体基板の一面に接
   して形成された方形放射素子と、前記方形放射素子に連
   設された給電用ストリップ素子と、前記方形放射素子に
   対して平行に前記誘電体基板の他面に形成された接地導
   体とを備えた平面パッチアンテナであって、前記方形放
   射素子の前記給電用ストリップ素子が形成された一辺と
   対向した一辺に沿い、かつ円偏波用カット部の形成され
   ていない隅部等に、前記方形放射素子と電気的に接続し
   て形成されたＬ字型突部を有することを特徴とする小型
   平面パッチアンテナ。
2. 【請求項２】前記Ｌ字型突部の長辺部分が前記給電用ス
   トリップ素子の端面と垂直な方向に、また、前記Ｌ字型
   突部の短辺部分が前記給電用ストリップ素子の端面と平
   行な方向になるように形成したことを特徴とする請求項
   １に記載の小型平面パッチアンテナ。
3. 【請求項３】前記Ｌ字型突部の長辺部分の長さと前記方
   形放射素子の一辺の長さの比が０．４５〜０．５５の範
   囲、前記Ｌ字型突部の短辺部分の長さと前記方形放射素
   子の一辺の長さの比が０．２２５〜０．２７５の範囲で
   あり及び／又は、前記Ｌ字型突部が前記方形放射素子か
   ら前記給電用ストリップ素子の端面と平行な方向に突出
   する長さと前記方形放射素子の一辺の長さの比が０．１
   ２５以下、前記Ｌ字型突部が前記方形放射素子から前記
   給電用ストリップ素子の端面と垂直な方向に突出する長
   さと前記方形放射素子の一辺の長さの比が０．１２５以
   下であることを特徴とする請求項２に記載の小型平面パ
   ッチアンテナ。