JPH0964636A

JPH0964636A - 平面アンテナ

Info

Publication number: JPH0964636A
Application number: JP7211985A
Authority: JP
Inventors: Kazuhide Goto; 和秀後藤; Takuya Fujimaru; 琢也藤丸; Kengo Shiiba; 健吾椎葉; Munenori Fujimura; 宗範藤村; Yoshio Onaka; 良雄尾中; Katsumi Sasaki; 勝美佐々木; Yasuhiko Harada; 康彦原田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-08-21
Filing date: 1995-08-21
Publication date: 1997-03-07

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、人工衛星からの信号を効率よく受
信可能とし、安定した受信感度を得ることができ、更に
低仰角での受信感度を著しく向上させるとともに、従来
の平面アンテナと同等の厚みでありながら、高いアンテ
ナ利得を得ることができる、低原価で高性能な平面アン
テナを提供することを目的とする。【構成】本発明の平面アンテナ１０は、底面１′に凹
部３を有する誘電体１と、誘電体１の上面に形成された
放射電極部２と、誘電体１の底面１′及び凹部３に形成
された接地電極部４と、凹部３に配設され放射電極部２
と接地電極部４とに電気的に接続される回路部５と、凹
部３を蓋設する蓋部９と、備えた構成を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は人工衛星からの電波を受
信するアンテナ装置等の通信システムに使われる平面ア
ンテナに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、ＧＰＳ（グローバル・ポジショニ
ング・システム）等の衛星からの信号受信は、マイクロ
ストリップアンテナの利用が考えられ、その一種として
平面アンテナが利用されている。

【０００３】以下に従来の平面アンテナについて説明す
る。図１１は従来の平面アンテナの要部断面図である。
放射電極部１１２と接地電極部１１３に挟持されたセラ
ミックからなる誘電体１１１で構成された平面アンテナ
１２０があり、放射電極部１１２から誘電体１１１を貫
通して給電線路１１４が形成され、回路素子部１１５の
プリント基板１１６上に形成された回路素子１１７と給
電線路１１４とが電気的に接続され、通常接地電極部１
１３の下面にプリント基板１１６の回路素子形成面の裏
面が接する構造となっている。さらに、この平面アンテ
ナを上部キャビネット１１８と下部キャビネット１１９
が挟持するように組み込まれている。

【０００４】

【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、外部からの電波や、自己のアンテナからの
放射波等が平面アンテナの受信感度に影響を与え、特に
低仰角にある人工衛星の信号の受信感度に欠けるという
問題点を有していた。また、外部からの電波は、増幅回
路部等で異常発振やノイズの原因となり更に受信感度を
劣化させるという問題点を有していた。更に、乗用車等
の車載搭載用の平面アンテナはコンパクトで全体の厚み
が薄肉化されることが望まれているが平面アンテナの接
地電極下面にプリント基板、そして回路素子、特にフィ
ルタやトランジスタという厚みのある電子部品が設けら
れているので平面アンテナを薄型に形成せざるを得なか
った。その結果、アンテナの受信感度が不安定で高いア
ンテナ利得が得られないという問題点を有していた。さ
らには、ナビゲーションシステムとして実用化されてい
るＧＰＳ（グローバル・ポジショニング・システム）に
おいては、車載用の平面アンテナユニットを車のルーフ
部に取り付けることから、車全体の外観を損ねないこ
と、目立たないこと、外観上邪魔にならないこと、とい
う市場の要請に答えることができないという問題点を有
していた。

【０００５】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、人工衛星からの信号を効率よく受信可能とし、安定
した受信感度を得ることができ、更に低仰角での受信感
度を著しく向上させるとともに、従来の平面アンテナと
同等の厚みでありながら、高いアンテナ利得を得ること
ができる、低原価で高性能な平面アンテナを提供するこ
とを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の平面アンテナは以下の構成を有する。

【０００７】請求項１に記載の平面アンテナは、底面に
凹部を有する誘電体と、誘電体の上面に形成された放射
電極部と、誘電体の底面及び凹部に形成された接地電極
部と、凹部に配設され放射電極部と接地電極部とに電気
的に接続される回路部と、凹部を蓋設する蓋部と、を備
えた構成を有している。

【０００８】請求項２に記載の平面アンテナは、請求項
１において、蓋部として回路部のプリント基板が用いら
れている構成を有している。

【０００９】請求項３に記載の平面アンテナは、請求項
１又は２において、誘電体の比誘電率が２〜９５である
ことを特徴とする構成を有している。

【００１０】請求項４に記載の平面アンテナは、請求項
１乃至３の内いずれか１において、凹部が少なくとも蓋
部を収納する段差部を備えている構成を有している。

【００１１】請求項５に記載の平面アンテナは、請求項
１乃至３の内いずれか１において、誘電体および蓋部の
表面を被覆する合成樹脂からなるモールド部を備えてい
る構成を有している。

【００１２】請求項６に記載の平面アンテナは、請求項
１乃至５の内いずれか１において、誘電体の底面及び蓋
部に当接して配設された導体板を備えている構成を有し
ている。

【００１３】この構成によって、誘電体凹部に入った回
路素子は、外部からの電波や、自己の放射波からシール
ドされ、外部電波や自己の放射波から影響を受けにくく
なり、受信感度が向上し、誘電体の厚みが増した分アン
テナ利得を向上させることができる。また、回路素子を
アンテナ素子内部に閉じ込めることにより平面アンテナ
全体を、樹脂モールドすることが可能となる。

【００１４】

【作用】この構成により、外部の電波や自己アンテナ放
射波からシールドされる。

【００１５】又、低仰角での受信感度を向上させること
ができる。又、アンテナ全体をモールドする事ができ
る。

【００１６】更に高いアンテナ利得をうることができ
る。

【００１７】

【実施例】

（実施例１）図１は本発明の第１実施例における平面ア
ンテナの要部断面図であり、図２はその誘電体の底面側
斜視図である。１は誘電体、２は誘電体１の上面に形成
された放射電極部、３は誘電体１の底面１′に穿孔形成
された凹部、３ａ，３ｂは凹部３の周壁に高さＨ₁，Ｈ₂
で形成された１乃至複数の段差部、４は誘電体１の底面
１′及び凹部３の全面に形成された接地電極部、５は凹
部３に配設された回路部、６は回路部５の構成要素であ
る増幅器やフィルタ，その他の電子部品からなる回路素
子、７は回路部５の構成要素であり、回路素子６を実装
したプリント基板、８は放射電極部２からの電気信号を
誘電体１，接地電極部４を貫いて回路部５へ伝達する給
電線路、９は凹部３の開口部を蓋設する蓋部、１０は第
１実施例の平面アンテナである。

【００１８】ここで、誘電体１の材質としてはＭｇ−Ｔ
ｉ系，Ｍｇ−Ｓｉ系等のセラミックス、ガラス，ガラス
−エポキシ樹脂等の合成樹脂、又はこれらセラミックス
と合成樹脂の複合品が好適に用いられる。放射電極部２
や接地電極部４の材質としては銀、銀−パラジウム、
金、銅等の導電体が用いられる。放射電極部２や接地電
極部４の形成は誘電体１の上面や底面１′及び凹部３の
表面に印刷方法、メッキ法、その他の方法で行なわれ
る。凹部３の深さは少なくとも回路部５を収納した場
合、この回路部５の回路素子６と接地電極部４が接触し
ない程度の深さに形成される。凹部３には回路部５の固
定を確実にするとともに平面アンテナ全体を合成樹脂で
樹脂モールドする際、合成樹脂の収縮力に対抗して回路
部５を保護するように段差部３ａや３ｂが形成されるの
が好ましい。段差部３ａは回路部５の他、蓋部９を収納
するため少なくとも１以上形成されるのが望ましい。蓋
部９は凹部３に回路部５を収納した後、この凹部３を覆
う面積に形成され、段差部３ａに底面が面一になるよう
に収納され固定される。蓋部９の厚みは段差部３ａの垂
直方向の深さＨ₁と同じにし、誘電体１の底面１′と面
一にするのが好ましい。蓋部９の材質は、銅、ステンレ
ス、ブリキ等の金属、Ｍｇ−Ｔｉ系，Ｍｇ−Ｓｉ系等の
セラミックス、ホウケイ酸ガラス、鉛ガラス等のガラ
ス、合成樹脂等が用いられるが、凹部３の内部を電磁的
にシールドする効果を生むべく、表面を導電体で皮膜す
るかもしくは、これらの材質を導電体のものを選択する
のが望ましい。

【００１９】（実施例２）図３は本発明の第２実施例に
おける平面アンテナの要部断面図である。第２実施例の
平面アンテナ２０が第１実施例の平面アンテナ１０と異
なる点は、凹部３の段差部３ａが一段で形成され、この
段差部３ａに回路部５のプリント基板２１が蓋部を兼ね
て収容され、かつプリント基板２１の上面に回路部５が
配設され、下面が誘電体１の底面１′の接地電極部４の
下面と面一になるように蓋設されている点である。プリ
ント基板２１はその周端部が段差部３ａに位置するよう
に誘電体１の凹部３に固定される。プリント基板２１の
厚みは、段差部３ａの深さＨとし、プリント基板２１が
誘電体１の底面から突き出ないように配設するのが好ま
しい。また、プリント基板２１の回路素子搭載面の裏面
は、全面をアースに形成することが好ましい。

【００２０】以上のように構成されているので、回路部
５は凹部３に沿って形成されている接地電極部４と、プ
リント基板２１の回路搭載部面の裏面上に形成されてい
る導電体により、外部からの電波や、自己のアンテナか
ら放射される電波から電磁的にシールドされ、回路素子
６を構成する増幅器やフィルタが外部からの電波や、自
己のアンテナからの放射波から影響を受け難くする効果
を得ることができる。

【００２１】（実施例３）図４は本発明の第３実施例に
おける平面アンテナの要部断面図である。第３実施例の
平面アンテナ３０が第１実施例の平面アンテナ１０と異
なる点は、誘電体１の底面１′の接地電極部４の下面
と、蓋部９の下面が面一に形成され下面に誘電体１の底
面１′よりも広い面積を有する導体板３１を配設固定し
た点である。

【００２２】導体板３１の材質としては、導体性の強い
物質としてアルミニウム板、鉄板、ブリキ板、ステンレ
ス板、銅板等の金属製の導体板が用いられる。

【００２３】この構成により、底部に導体板を備えてい
るので、平面アンテナ３０の受信感度の仰角特性をコン
トロールすることが極めて容易になる。平面アンテナ３
０直下に導体板３１を設けることは、アンテナから放射
される電界は、導体板３１がない場合、誘電体１の外部
を通り誘電体１の下面の接地電極部に回り込むが、導体
板３１が配設されているので、この導体板３１が接地電
極部の働きをするため平面アンテナから放射される電界
は誘電体１の下面に回り込む必要がなく、導体板３１上
に向かうことになる。このことは、アンテナの放射電界
のパワーを同じにした場合、導体板３１があると放射電
界の経路が短くなった分だけ電界強度を強化することが
可能なことを示している。その結果送信パワーが上が
り、受信感度が向上する。また、導体板３１直上の電界
強度が導体板３１の無い場合と比べて強いので、この位
置での送信パワーも向上し、つまり低仰角での受信感度
を向上させることができる。その結果、例えば、自動車
の内部の前後部のダッシュボード上に平面アンテナを設
置した場合でも、導体板３１を有しているので、常に安
定したアンテナ特性を得ることができる。

【００２４】（実施例４）図５（ａ）は本発明の第４実
施例における平面アンテナの要部断面図であり、図５
（ｂ）はその外観斜視図である。第４実施例の平面アン
テナ４０は、第１乃至第３実施例の平面アンテナ４１の
周囲をポリエステル等の合成樹脂で被覆してモールド部
４２を有している点で他の実施例と異なる。モールド部
４２の合成樹脂は、ＡＢＳ，ＰＢＴ，ＰＳ，ＰＣ等、ま
たこれらの混合物で誘電率が比較的低く導電性が無いも
のが好適に用いられる。尚、４３は導線部である。

【００２５】従来は平面アンテナを樹脂でモールドする
場合、アンテナ素子、回路素子に直接樹脂が接触するの
で、回路素子は接触する樹脂の誘電率や導電性の影響で
トランジスタやコンデンサ、インダクタ、抵抗等を含む
回路定数の変化が生じるという問題点を有していた。ま
た、樹脂が硬化する時の収縮応力によって回路素子にズ
レや定数変化が生ずるという問題点を有していた。しか
しながら、本実施例の平面アンテナは、誘電体１に凹部
３を設け、この凹部３の中に回路素子６を収納し、蓋部
９で凹部３を覆う構造を有しているため、合成樹脂でモ
ールドした場合、合成樹脂が直接回路素子６に接触する
ことなく平面アンテナを覆うため、回路素子の定数変化
等の問題が生じるのを完全に防止できる。また、従来の
平面アンテナは、図１１に示したように上部キャビネッ
ト１１８、下部キャビネット１１９により、平面アンテ
ナ１２０を覆う構造であったが、これでは、型が肉厚で
大きすぎるため、カーナビゲーションに用いられる場
合、アンテナが目立たず、邪魔にならず、車の外観を損
なわない薄型という市場の要請に答えることができなか
った。また仮に薄型化しようと試みても上部キャビネッ
ト１１８と、下部キャビネット１１９に複雑な構造を必
要とし、多大な製造コストがかかるという問題点を有し
ていたが、本実施例のように、誘電体の凹部に回路素子
部を埋設し、その表面全体を合成樹脂でモールドするこ
とにより、コンパクトで薄肉化でき、これらの問題点を
一挙に解決することができた。

【００２６】（実施例５）図６（ａ）は本発明の第５実
施例における平面アンテナの要部断面図であり、図７
（ａ）は本発明の第５実施例における平面アンテナのア
ンテナ放射パターン図である。１はセラミックで形成さ
れた誘電体、２，４は誘電体１の上面及び底面及び凹部
に銀を印刷して形成した放射電極部及び接地電極部、３
は段差部を周壁に２段備えた凹部、５は回路部、７はプ
リント基板、８は給電線路、９は蓋部、Ｌは給電線路８
の頂部から接地電極部４の下面までの高さである。以上
のように構成して形成された第１実施例の平面アンテナ
を用い、アンテナ放射パターンを測定した。その結果を
図７（ａ）に示した。

【００２７】（比較例）図６（ｂ）は従来使用されてい
る比較例の平面アンテナの要部断面図であり、図７
（ｂ）は比較例の平面アンテナのアンテナ放射パターン
図である。比較例の平面アンテナと第１実施例の平面ア
ンテナは同一材質で形成され、給電線路８の頂部から回
路部５の回路素子６の下端面までの高さＬは第１実施例
の高さＬと同一に形成されている。以上のように構成し
て形成された比較例の平面アンテナを用い、アンテナ放
射パターンを測定した。その結果を図７（ｂ）に示し
た。

【００２８】図７（ａ），（ｂ）から明らかなように、
第１実施例の平面アンテナ１０は低仰角方向のアンテナ
利得を落とすことなく、天頂方向のアンテナ利得を向上
させていることがわかる。一般的に平面アンテナのアン
テナ利得は、同じ誘電率ならば放射電極と接地電極とで
挟持される誘電体の厚みが厚いほど高い。アンテナにつ
いては、送信、受信等価の原理、いわゆる相反定理が成
り立つ。これに基づき平面アンテナの受信時のアンテナ
利得についても説明の容易な送信の原理に置き換えて説
明する。平面アンテナの放射電極から接地電極方向へ向
かう放射電界は誘電体の内部を経由するものと、誘電体
の外部空間を通って放射されるものとに分けられる。平
面アンテナではこの放射される電界が強ければ強いほど
アンテナの送信パワーは大きくなり、アンテナの受信感
度、利得も高くなる。そこで、同一誘電率であるならば
誘電体の厚みが厚い程外部に洩れる電界が強くなり、ア
ンテナ利得が高くなる。他方、従来の比較例の平面アン
テナは、図６（ｂ）に示すように、平板上に接地電極、
下面に回路素子６を実装したプリント基板７′を位置す
る構造であるのに対し、本実施例の平面アンテナは従来
の平面アンテナ下面のプリント基板７を含む厚さまで誘
電体１を厚くし、かつ、誘電体１の中央に凹部３を設
け、この中にプリント基板７を収納する構造なので、平
面アンテナ全体の厚みは同じでありながら、誘電体の厚
みを増加させることができ、その分だけアンテナ利得を
向上させることができる。かつ、回路素子を誘電体内部
に閉じこめた構造なので電磁的にシールドされ、平面ア
ンテナの構造がフラットな長方形となりこれを覆うキャ
ビネット等への組み込みを極めて容易に行うことができ
る。

【００２９】（誘電体の効果）図８（ａ）は本発明の第
２実施例の平面アンテナのアンテナ放射パターン図であ
り、図８（ｂ）は、比較例の平面アンテナのアンテナ放
射パターン図である。第２実施例の平面アンテナ２０と
して、図４に示す導体板を備えた第３実施例の平面アン
テナ３０を用いアンテナ利得を確認した。その結果を図
８（ａ）に示した。

【００３０】（比較例２）比較例２として、図４に示す
第３実施例の平面アンテナから導体板を除いた他は第２
実施例の平面アンテナ２０と同一の平面アンテナを用
い、アンテナ利得を確認した。その結果を図８（ｂ）に
示した。

【００３１】この図８（ａ）、（ｂ）から明らかなよう
に、第２実施例の導体板を有する平面アンテナのアンテ
ナ利得は比較例に対し天頂方向の利得を更に向上させ、
かつ、低仰角の利得をも向上させることができることが
わかった。更に、導体板を付加することにより、平面ア
ンテナの設置面が導体であるかそうでないかによってア
ンテナの受信感度が変化することなく、安定したアンテ
ナ利得を得ることができることもわかった。

【００３２】（実施例６）図９は、各々本発明の第６実
施例における誘電体の要部断面図である。図９（ａ）は
誘電体１の凹部３の天井面を突状に形成したものであ
り、突状に形成することにより天井面がフラットな構造
に比べ、突状の部分からこの立ち上がり部に行くにした
がい斜部を形成している。この部分は誘電体層の厚みが
増し利得が向上する。特に、低仰角の利得が向上する効
果を有する。図９（ｂ）は凹部３の天井面をドーム状に
形成したものであり、ドーム状に形成することにより天
井面がドーム状を描くため、天頂方向から低仰角まで利
得が向上する効果を有する。図９（ｃ）は凹部３の形状
を凹状に形成したものであり、凹状に形成することによ
り、天井面が凹状になっているため、この部分の誘電体
層の厚みが増し、利得が向上する。特に、天井方向の利
得が向上する効果を有する。

【００３３】（実施例７、８）図１０（ａ）、（ｂ）
は、第７及び第８実施例の平面アンテナの導体板の要部
断面図である。３１ａは誘電体の接地電極部との接合面
を除く周囲を下方に俯角αが１０°〜７０°好ましくは
２０°〜４０°で折曲形成された導体板である。全周囲
を俯角αで折曲形成することにより、低仰角の受信感度
を向上させることができた。３１ｂは誘電体の接地電極
部との接合面を除く周囲を上方に仰角βが１０°〜７０
°好ましくは１５°〜３０°で折曲形成された導体板で
ある。全周囲を仰角βで折曲形成することにより、天
頂、中仰角の受信感度を向上させることができた。

【００３４】

【発明の効果】以上のように本発明は構成されているの
で、以下の優れた効果を備えた平面アンテナを実現でき
るものである。

【００３５】（１）誘電体凹部に入った回路素子は、外
部からの電波や、自己のアンテナ放射波からシールドさ
れ、外部電波や自己のアンテナ放射波から悪影響を受け
にくくし、アンテナの受信感度を著しく安定化させるこ
とができる。

【００３６】（２）凹状の接地電極部やアンテナ底面の
導体板により低仰角での受信感度を向上させることがで
きる。

【００３７】（３）回路素子をアンテナ素子内部に閉じ
込めることにより平面アンテナ全体を、樹脂でモールド
することが可能となり、低原価で高性能の平面アンテナ
の提供が可能となる。

【００３８】（４）回路素子をアンテナ素子内部に閉じ
込めることによりアンテナ素子部の厚みは従来と同等で
ありながら高いアンテナ利得を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における平面アンテナの要
部断面図

【図２】本発明の第１実施例における平面アンテナの誘
電体の底面側斜視図

【図３】本発明の第２実施例における平面アンテナの要
部断面図

【図４】本発明の第３実施例における平面アンテナの要
部断面図

【図５】（ａ）本発明の第４実施例における平面アンテ
ナの要部断面図（ｂ）本発明の第４実施例における平面アンテナの外観
斜視図

【図６】（ａ）本発明の第５実施例における平面アンテ
ナの要部断面図（ｂ）比較例の平面アンテナの要部断面図

【図７】（ａ）本発明の第５実施例における平面アンテ
ナのアンテナ放射パターン図（ｂ）比較例の平面アンテナのアンテナ放射パターン図

【図８】（ａ）本発明の第２実施例の平面アンテナのア
ンテナ放射パターン図（ｂ）比較例の平面アンテナのアンテナ放射パターン図

【図９】本発明の第６実施例の誘電体の要部断面図

【図１０】（ａ）本発明の第７実施例の平面アンテナの
導体板の要部断面図（ｂ）本発明の第８実施例の平面アンテナの導体板の要
部断面図

【図１１】従来の平面アンテナの要部断面図

【符号の説明】

１誘電体１′ 底面２，２′ 放射電極部３凹部３ａ，３ｂ段差部４接地電極部５回路部６回路素子７，７′ プリント基板８給電線路９蓋部１０平面アンテナ２０平面アンテナ２１プリント基板３０平面アンテナ３１導体板４０平面アンテナ４１平面アンテナ４２モールド部４３導線部１１１誘電体１１２放射電極部１１３接地電極部１１４給電線路１１５回路素子部１１６プリント基板１１７回路素子１１８上部キャビネット１１９下部キャビネット１２０平面アンテナ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者藤村宗範大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者尾中良雄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者佐々木勝美大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者原田康彦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】底面に凹部を有する誘電体と、前記誘電体
の上面に形成された放射電極部と、前記誘電体の前記底
面及び前記凹部に形成された接地電極部と、前記凹部に
配設され前記放射電極部と前記接地電極部とに電気的に
接続される回路部と、前記凹部を蓋設する蓋部と、を備
えたことを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】前記蓋部として前記回路部のプリント基板
が用いられていることを特徴とする請求項１に記載の平
面アンテナ。
【請求項３】前記誘電体の比誘電率が２〜９５であるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の平面アンテナ。
【請求項４】前記凹部が少なくとも前記蓋部を収納する
段差部を備えていることを特徴とする請求項１乃至３の
内いずれか１に記載の平面アンテナ。
【請求項５】前記誘電体及び前記蓋部の表面を被覆する
合成樹脂からなるモールド部を備えていることを特徴と
する請求項１乃至３の内いずれか１に記載の平面アンテ
ナ。
【請求項６】前記誘電体の底面及び前記蓋部に当接して
配設された導体板を備えていることを特徴とする請求項
１乃至５の内いずれか１に記載の平面アンテナ。