JP2002111366A - 電流分布制御型パッチアンテナ - Google Patents
電流分布制御型パッチアンテナInfo
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- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
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- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
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- H01Q9/0407—Substantially flat resonant element parallel to ground plane, e.g. patch antenna
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Abstract
(57)【要約】
【課題】より簡単な構成で利得を向上させる。
【解決手段】パッチアンテナ１０Ａのパッチ電極１７側
に、パッチ電極１７と０．１λ0〜２λ0離間して、厚さ
０．１λ〜２λの誘電体基板２７が対向配置されてお
り、ここにλ0及びλはそれぞれ放射電波の自由空間波
長及び誘電体内での波長である。誘電体基板２７は、中
央部より外側を誘電率が低くなるようにしてもよい。通
信モジュールにこのアンテナを組み込む場合、誘電体基
板２７を通信モジュールの蓋に取り付ける。
に、パッチ電極１７と０．１λ0〜２λ0離間して、厚さ
０．１λ〜２λの誘電体基板２７が対向配置されてお
り、ここにλ0及びλはそれぞれ放射電波の自由空間波
長及び誘電体内での波長である。誘電体基板２７は、中
央部より外側を誘電率が低くなるようにしてもよい。通
信モジュールにこのアンテナを組み込む場合、誘電体基
板２７を通信モジュールの蓋に取り付ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電流分布制御型パ
ッチアンテナに係り、特に３０〜３００ＧＨｚのミリ波
周波数領域及びミリ波に近いマイクロ波領域に適する電
流分布制御型パッチアンテナに関する。
ッチアンテナに係り、特に３０〜３００ＧＨｚのミリ波
周波数領域及びミリ波に近いマイクロ波領域に適する電
流分布制御型パッチアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】パッチアンテナは、薄型かつ小型である
ため、ミリ波無線通信で用いられている。なお、本明細
書でパッチアンテナとは、高周波電力が給電されて電波
を放射するパッチ電極と、該パッチ電極と離間して配置
されたグランドプレーンとを有するものを言い、一般に
はパッチ電極及びグランドプレーンが誘電体の対向面に
形成されている。ミリ波ではパッチアンテナが低利得で
あるため、アレイ化や誘電体レンズによる利得の向上が
図られている。
ため、ミリ波無線通信で用いられている。なお、本明細
書でパッチアンテナとは、高周波電力が給電されて電波
を放射するパッチ電極と、該パッチ電極と離間して配置
されたグランドプレーンとを有するものを言い、一般に
はパッチ電極及びグランドプレーンが誘電体の対向面に
形成されている。ミリ波ではパッチアンテナが低利得で
あるため、アレイ化や誘電体レンズによる利得の向上が
図られている。
【０００３】しかしながら、アレイアンテナは、誘電体
基板上に複数のパッチ電極を配列し、各パッチ電極に対
し位相及び電力を制御して給電する必要があり、かつ、
ミリ波では電送ロスが比較的大きいマイクロストリップ
ラインで分配給電する必要があるので、設計と実際とを
一致させるのが困難である。また、電送ロスの少ない誘
電体材料を選ぶとアンテナが高価になる。さらに、波長
λに対しパッチ電極間を０．５〜１λ以上離間させる必
要がるので、アレイアンテナの面積が広くなる。
基板上に複数のパッチ電極を配列し、各パッチ電極に対
し位相及び電力を制御して給電する必要があり、かつ、
ミリ波では電送ロスが比較的大きいマイクロストリップ
ラインで分配給電する必要があるので、設計と実際とを
一致させるのが困難である。また、電送ロスの少ない誘
電体材料を選ぶとアンテナが高価になる。さらに、波長
λに対しパッチ電極間を０．５〜１λ以上離間させる必
要がるので、アレイアンテナの面積が広くなる。
【０００４】また、誘電体レンズによりパッチアンテナ
の利得を向上させるためには、パッチアンテナの開口角
よりも大きなレンズを必要とし、一方、パッチアンテナ
の開口角が一般に広いため、大きなレンズが必要とな
る。さらに、高効率のアンテナを得るためにはパッチア
ンテナと誘電体レンズとの位置合わせ精度を高くしなけ
ればならず、高度な実装技術と検査技術とが必要になる
ので、コスト高になる。
の利得を向上させるためには、パッチアンテナの開口角
よりも大きなレンズを必要とし、一方、パッチアンテナ
の開口角が一般に広いため、大きなレンズが必要とな
る。さらに、高効率のアンテナを得るためにはパッチア
ンテナと誘電体レンズとの位置合わせ精度を高くしなけ
ればならず、高度な実装技術と検査技術とが必要になる
ので、コスト高になる。
【０００５】パッチアンテナを用いてこのような問題を
解決するために、特公平６−８０９７１５号公報には図
１０に示すようなアンテナが開示されている。
解決するために、特公平６−８０９７１５号公報には図
１０に示すようなアンテナが開示されている。
【０００６】パッチアンテナ１０は、反射板１１と誘電
体ブロック１２との間に配置され、反射板１１と離間し
ている。反射板１１と誘電体ブロック１２との間にはス
ペーサ１３が配置され、パッチアンテナ１０のパッチ電
極にはマイクロストリップライン１４が接続されてい
る。
体ブロック１２との間に配置され、反射板１１と離間し
ている。反射板１１と誘電体ブロック１２との間にはス
ペーサ１３が配置され、パッチアンテナ１０のパッチ電
極にはマイクロストリップライン１４が接続されてい
る。
【０００７】この公報には、パッチアンテナ１０から放
射された電波を反射板１１と誘電体ブロック１２との間
で多重反射させ誘電体ブロック１２を透過した電波の位
相面を揃えることにより指向性を向上させ、さらに誘電
体ブロック１２内で電波を共振させることにより、利得
を高めることが可能であることが記載されている。
射された電波を反射板１１と誘電体ブロック１２との間
で多重反射させ誘電体ブロック１２を透過した電波の位
相面を揃えることにより指向性を向上させ、さらに誘電
体ブロック１２内で電波を共振させることにより、利得
を高めることが可能であることが記載されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
のアンテナではパッチアンテナ１０に誘電体ブロック１
２のみならず反射板１１も追加しなければならず、ま
た、上記位相面を合わせるためにパッチアンテナ１０と
誘電体ブロック１２との間隔及び誘電体ブロック１２の
厚みのみならず、パッチアンテナ１０と反射板１１との
間隔も最適にしなければならない。
のアンテナではパッチアンテナ１０に誘電体ブロック１
２のみならず反射板１１も追加しなければならず、ま
た、上記位相面を合わせるためにパッチアンテナ１０と
誘電体ブロック１２との間隔及び誘電体ブロック１２の
厚みのみならず、パッチアンテナ１０と反射板１１との
間隔も最適にしなければならない。
【０００９】本発明の目的は、このような問題点に鑑
み、より簡単な構成で利得を向上させることが可能な電
流分布制御型パッチアンテナを提供することにある。
み、より簡単な構成で利得を向上させることが可能な電
流分布制御型パッチアンテナを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段及びその作用効果】本発明
による電流分布制御型パッチアンテナの第１態様では、
パッチアンテナのパッチ電極側に、該パッチ電極と０．
１λ0〜２λ0離間して誘電体部材が対向配置されてお
り、ここにλ0は該電流分布制御型パッチアンテナの放
射電波の自由空間波長である。パッチアンテナに関し誘
電体部材と反対側の対向面は、導電面非配置領域であっ
ても、導電面であってもよい。但し、導電面である場合
には、上述した従来構成のように放射電磁波の位相を合
わせるためにパッチアンテナと誘電体部材と導電面の間
隔を調整する必要は全くない。該電波が該誘電体部材の
入射面に直接到達したしたものと該電波が該導電面で反
射した後に該入射面に到達したものとの位相が実質的に
異なるように、該導電面が該誘電体部材から離間して配
置されている。
による電流分布制御型パッチアンテナの第１態様では、
パッチアンテナのパッチ電極側に、該パッチ電極と０．
１λ0〜２λ0離間して誘電体部材が対向配置されてお
り、ここにλ0は該電流分布制御型パッチアンテナの放
射電波の自由空間波長である。パッチアンテナに関し誘
電体部材と反対側の対向面は、導電面非配置領域であっ
ても、導電面であってもよい。但し、導電面である場合
には、上述した従来構成のように放射電磁波の位相を合
わせるためにパッチアンテナと誘電体部材と導電面の間
隔を調整する必要は全くない。該電波が該誘電体部材の
入射面に直接到達したしたものと該電波が該導電面で反
射した後に該入射面に到達したものとの位相が実質的に
異なるように、該導電面が該誘電体部材から離間して配
置されている。
【００１１】本発明の電流分布制御型パッチアンテナに
よれば、高周波電力をパッチアンテナに供給すると、パ
ッチ電極から電波が放射され、誘電体部材を通り抜け
る。誘電体部材ではこの電波により分極し、誘電体部材
からパッチ電極へ電磁界が与えられて、パッチ電極の電
流分布が変化する。上述のように誘電体部材とパッチ電
極との間隔を定めることにより、主にパッチ電極の周縁
部で電流密度が、誘電体基板を用いない場合よりも大き
くなる。これにより、電磁放射パターンに指向性が生じ
て、利得が向上する。パッチ電極上の電流分布が誘電体
部材の作用により、電磁放射パターンに指向性が生じて
利得が向上するように制御される。
よれば、高周波電力をパッチアンテナに供給すると、パ
ッチ電極から電波が放射され、誘電体部材を通り抜け
る。誘電体部材ではこの電波により分極し、誘電体部材
からパッチ電極へ電磁界が与えられて、パッチ電極の電
流分布が変化する。上述のように誘電体部材とパッチ電
極との間隔を定めることにより、主にパッチ電極の周縁
部で電流密度が、誘電体基板を用いない場合よりも大き
くなる。これにより、電磁放射パターンに指向性が生じ
て、利得が向上する。パッチ電極上の電流分布が誘電体
部材の作用により、電磁放射パターンに指向性が生じて
利得が向上するように制御される。
【００１２】本発明の高利得化の原理は、図１０に示す
ような反射板１１を用いた公知の構成のそれとは原理が
異なり、位置が厳密に調整された反射板１１が不要であ
るので、より簡単な構成で利得を向上させることが可能
となる。すなわち、この公知の構成では、パッチアンテ
ナから放射された電磁波が誘電体部材を直接透過したも
のと反射板１１で反射した後、誘電体部材を透過したも
のとの位相を合わせるために、反射板１１などの位置合
わせを厳密に行う必要があったが、本発明では例え導電
面を備えていてもこのような位置合わせは全く不要であ
る。誘電体部材でパッチ電極周縁部の電流密度を大きく
することによりアンテナの高利得化を図るのは本発明独
自のものである。
ような反射板１１を用いた公知の構成のそれとは原理が
異なり、位置が厳密に調整された反射板１１が不要であ
るので、より簡単な構成で利得を向上させることが可能
となる。すなわち、この公知の構成では、パッチアンテ
ナから放射された電磁波が誘電体部材を直接透過したも
のと反射板１１で反射した後、誘電体部材を透過したも
のとの位相を合わせるために、反射板１１などの位置合
わせを厳密に行う必要があったが、本発明では例え導電
面を備えていてもこのような位置合わせは全く不要であ
る。誘電体部材でパッチ電極周縁部の電流密度を大きく
することによりアンテナの高利得化を図るのは本発明独
自のものである。
【００１３】本発明を実現するには、パッチアンテナの
パッチ電極側に、該パッチ電極と０．１λ0〜２λ0離間
して誘電体部材を対向配置すると共に、パッチアンテナ
に関し誘電体部材と反対側の対向面を、導電面非配置領
域、すなわち電磁波反射面非配置領域にすればよい。こ
の対向面を導電面にする場合には、その導電面での反射
波と、パッチアンテナから誘電体部材に直接照射される
電磁波とが、誘電体部材入射面において実質的に異なる
位相を有するように、当該導電面をパッチアンテナ又は
誘電体部材から離間して配置すればよい。ここで実質的
に異なる位相を実現するためには、パッチアンテナから
誘電体部材へ直接照射される電磁波の誘電体部材入射面
での位相と、パッチアンテナから導電面に照射された電
磁波が反射し誘電体部材へ照射される電磁波の位相とを
求め、両位相が実質的に異なるように、例えば逆位相に
なるようにすればよい。アンテナ設計においては、電磁
波の放射パターンのシミュレーションを、本発明のアン
テナ構造各部における誘電率と、そこを通過する電磁波
が受ける位相の変動分とを考慮して行い、その結果から
上記位相条件を導き出せばよい。
パッチ電極側に、該パッチ電極と０．１λ0〜２λ0離間
して誘電体部材を対向配置すると共に、パッチアンテナ
に関し誘電体部材と反対側の対向面を、導電面非配置領
域、すなわち電磁波反射面非配置領域にすればよい。こ
の対向面を導電面にする場合には、その導電面での反射
波と、パッチアンテナから誘電体部材に直接照射される
電磁波とが、誘電体部材入射面において実質的に異なる
位相を有するように、当該導電面をパッチアンテナ又は
誘電体部材から離間して配置すればよい。ここで実質的
に異なる位相を実現するためには、パッチアンテナから
誘電体部材へ直接照射される電磁波の誘電体部材入射面
での位相と、パッチアンテナから導電面に照射された電
磁波が反射し誘電体部材へ照射される電磁波の位相とを
求め、両位相が実質的に異なるように、例えば逆位相に
なるようにすればよい。アンテナ設計においては、電磁
波の放射パターンのシミュレーションを、本発明のアン
テナ構造各部における誘電率と、そこを通過する電磁波
が受ける位相の変動分とを考慮して行い、その結果から
上記位相条件を導き出せばよい。
【００１４】本発明による電流分布制御型パッチアンテ
ナの第２態様では、上記第１態様において、上記誘電体
部材は、厚さが０．１λ〜２λであり、ここにλは上記
放射電波の該誘電体内での波長である。
ナの第２態様では、上記第１態様において、上記誘電体
部材は、厚さが０．１λ〜２λであり、ここにλは上記
放射電波の該誘電体内での波長である。
【００１５】この電流分布制御型パッチアンテナによれ
ば、誘電体基板からパッチ電極へ加えられる電磁界が、
この範囲外の場合よりも強くなって、上記効果が高めら
れる。
ば、誘電体基板からパッチ電極へ加えられる電磁界が、
この範囲外の場合よりも強くなって、上記効果が高めら
れる。
【００１６】本発明による電流分布制御型パッチアンテ
ナの第３態様では、上記第１態様において、上記誘電体
部材は、中央部の第１誘電体と、該中央部の周りに配置
され該第１誘電体より誘電率が低い第２誘電体とを有す
る。
ナの第３態様では、上記第１態様において、上記誘電体
部材は、中央部の第１誘電体と、該中央部の周りに配置
され該第１誘電体より誘電率が低い第２誘電体とを有す
る。
【００１７】この電流分布制御型パッチアンテナによれ
ば、誘電体基板が誘電体レンズとしても機能するので、
上記第１態様よりも指向性が向上してアンテナの利得が
より高くなる。
ば、誘電体基板が誘電体レンズとしても機能するので、
上記第１態様よりも指向性が向上してアンテナの利得が
より高くなる。
【００１８】本発明による通信モジュールの一態様で
は、上記誘電体基板が通信モジュールの蓋に取り付けら
れているので、従来のパッチアンテナと実質的に同じサ
イズでアンテナの高利得化を図ることができる。
は、上記誘電体基板が通信モジュールの蓋に取り付けら
れているので、従来のパッチアンテナと実質的に同じサ
イズでアンテナの高利得化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態を説明する。
施形態を説明する。
【００２０】［第１実施形態］図１は、本発明の第１実
施形態の電流分布制御型パッチアンテナの分解斜視図で
ある。図２は、このアンテナを組み立てた状態の一部縦
断面図である。
施形態の電流分布制御型パッチアンテナの分解斜視図で
ある。図２は、このアンテナを組み立てた状態の一部縦
断面図である。
【００２１】パッチアンテナ１０Ａは、誘電体基板１５
の対向面にそれぞれグランドプレーン１６及びパッチ電
極１７が形成されている。誘電体基板１５は、例えばＳ
ｉＯ 2で厚さ２００〜５００μｍである。グランドプレ
ーン１６及びパッチ電極１７はいずれも厚さ数μｍの金
属膜である。パッチ電極１７は一辺がλ０／２であり、
ここにλ0は放射電波の自由空間波長である。
の対向面にそれぞれグランドプレーン１６及びパッチ電
極１７が形成されている。誘電体基板１５は、例えばＳ
ｉＯ 2で厚さ２００〜５００μｍである。グランドプレ
ーン１６及びパッチ電極１７はいずれも厚さ数μｍの金
属膜である。パッチ電極１７は一辺がλ０／２であり、
ここにλ0は放射電波の自由空間波長である。
【００２２】誘電体基板１５の中央部には孔が形成さ
れ、これに同軸ケーブル１９の中心導体２０が通され、
その先端部がパッチ電極１７に半田付けされている。こ
の孔に対応して支持基板２２に孔２３が形成され、これ
に同軸ケーブル１９の先端部が通され、この先端部が支
持基板２２に固定されている。同軸ケーブル１９の外側
導体はグランドプレーン１６に接続されている。支持基
板２２は絶縁体であり、これには、その角部に配置され
たスペーサ２６を介して誘電体部材２７が固定されてい
る。
れ、これに同軸ケーブル１９の中心導体２０が通され、
その先端部がパッチ電極１７に半田付けされている。こ
の孔に対応して支持基板２２に孔２３が形成され、これ
に同軸ケーブル１９の先端部が通され、この先端部が支
持基板２２に固定されている。同軸ケーブル１９の外側
導体はグランドプレーン１６に接続されている。支持基
板２２は絶縁体であり、これには、その角部に配置され
たスペーサ２６を介して誘電体部材２７が固定されてい
る。
【００２３】誘電体部材２７は、例えばＡｌ2Ｏ3であ
り、厚さ０．１λ〜２λである。ここにλは、放射電波
の誘電体部材２７内での波長である。誘電体部材２７と
パッチ電極１７との間隔は、後述の高利得化を図るため
には０．１λ〜２λである。
り、厚さ０．１λ〜２λである。ここにλは、放射電波
の誘電体部材２７内での波長である。誘電体部材２７と
パッチ電極１７との間隔は、後述の高利得化を図るため
には０．１λ〜２λである。
【００２４】上記構成の電流増幅型パッチアンテナにお
いて、誘電体部材２７を用いない場合と用いた場合とに
ついて放射パターンを測定したところ、図３及び図４に
示すような結果が得られた。この実験においては、誘電
体部材２７を用いない場合と用いた場合とでパッチアン
テナ１０Ａに同一電力の高周波電力を供給した。測定し
た電波の周波数は、強度が最も大きい５９．８９４７Ｇ
Ｈｚであった。
いて、誘電体部材２７を用いない場合と用いた場合とに
ついて放射パターンを測定したところ、図３及び図４に
示すような結果が得られた。この実験においては、誘電
体部材２７を用いない場合と用いた場合とでパッチアン
テナ１０Ａに同一電力の高周波電力を供給した。測定し
た電波の周波数は、強度が最も大きい５９．８９４７Ｇ
Ｈｚであった。
【００２５】図３及び図４において、半径方向は利得
（ｄＢｉ）であり、円周方向は中心導体２０の方向に対
する角度θである。放射角は利得の最大値から３ｄＢ下
がった点の中心角であり、図３及び図４ではそれぞれ約
６０゜及び３０゜であった。図３及び図４でのアンテナ
利得はそれぞれ７ｄＢｉ及び１５ｄＢｉであった。この
結果から、本第１実施形態のアンテナによればその指向
性が向上して利得が向上する。
（ｄＢｉ）であり、円周方向は中心導体２０の方向に対
する角度θである。放射角は利得の最大値から３ｄＢ下
がった点の中心角であり、図３及び図４ではそれぞれ約
６０゜及び３０゜であった。図３及び図４でのアンテナ
利得はそれぞれ７ｄＢｉ及び１５ｄＢｉであった。この
結果から、本第１実施形態のアンテナによればその指向
性が向上して利得が向上する。
【００２６】このような効果が得られる理由は、次の通
りである。すなわち、同軸ケーブル１９を介して高周波
電力をパッチアンテナ１０Ａに供給すると、パッチ電極
１７から電波が放射され、誘電体部材２７を通り抜け
る。誘電体部材２７ではこの電波により分極し、誘電体
部材２７からパッチ電極１７へ電磁界が与えられて、パ
ッチ電極１７の電流分布が変化する。上述のようにとパ
ッチ電極１７との間隔を定めることにより、主にパッチ
電極１７の周縁部で電流密度が、誘電体部材２７を用い
ない場合よりも大きくなる。これにより、電磁放射パタ
ーンに指向性が生じて、利得が向上する。すなわち、パ
ッチ電極１７上の電流分布が誘電体部材２７の作用によ
り、電磁放射パターンに指向性が生じて利得が向上する
ように制御される。
りである。すなわち、同軸ケーブル１９を介して高周波
電力をパッチアンテナ１０Ａに供給すると、パッチ電極
１７から電波が放射され、誘電体部材２７を通り抜け
る。誘電体部材２７ではこの電波により分極し、誘電体
部材２７からパッチ電極１７へ電磁界が与えられて、パ
ッチ電極１７の電流分布が変化する。上述のようにとパ
ッチ電極１７との間隔を定めることにより、主にパッチ
電極１７の周縁部で電流密度が、誘電体部材２７を用い
ない場合よりも大きくなる。これにより、電磁放射パタ
ーンに指向性が生じて、利得が向上する。すなわち、パ
ッチ電極１７上の電流分布が誘電体部材２７の作用によ
り、電磁放射パターンに指向性が生じて利得が向上する
ように制御される。
【００２７】上記のような誘電体部材２７の配置により
パッチ電極面の電流密度がどの程度増加するのかをシミ
ュレーションで確かめたところ、次のような結果が得ら
れた。
パッチ電極面の電流密度がどの程度増加するのかをシミ
ュレーションで確かめたところ、次のような結果が得ら
れた。
【００２８】誘電体部材２７を配置しなかった場合と、
誘電体部材２７をパッチ電極１７から３λ離間して対向
配置した場合とでは、パッチ電極１７上の電流分布はほ
ぼ同一であった。
誘電体部材２７をパッチ電極１７から３λ離間して対向
配置した場合とでは、パッチ電極１７上の電流分布はほ
ぼ同一であった。
【００２９】誘電体部材２７をパッチ電極１７から０．
４λ離間して対向配置した場合には、パッチ電極１７上
の電流分布は、パッチ電極１７の中央部及び周縁部でそ
れぞれ、誘電体部材２７を配置しなかった場合の約２倍
及び３倍になった。
４λ離間して対向配置した場合には、パッチ電極１７上
の電流分布は、パッチ電極１７の中央部及び周縁部でそ
れぞれ、誘電体部材２７を配置しなかった場合の約２倍
及び３倍になった。
【００３０】誘電体部材２７とパッチ電極１７との間隔
が０．１λ〜２λの範囲で、特にパッチ電極１７の周縁
部で、誘電体部材２７を配置しなかった場合よりも増加
した。
が０．１λ〜２λの範囲で、特にパッチ電極１７の周縁
部で、誘電体部材２７を配置しなかった場合よりも増加
した。
【００３１】本第１実施形態の電流増幅型パッチアンテ
ナは、図１０に示すような反射板１１を用いた構成とは
高利得化の原理が異なり、反射板１１が不要であるの
で、より簡単な構成で利得を向上させることが可能とな
る。
ナは、図１０に示すような反射板１１を用いた構成とは
高利得化の原理が異なり、反射板１１が不要であるの
で、より簡単な構成で利得を向上させることが可能とな
る。
【００３２】さらに、上述のように誘電体部材２７の厚
みを定めることにより、誘電体部材２７からパッチ電極
１７へ加えられる電磁界が、この範囲外の場合よりも強
くなって、上記効果が高められる。
みを定めることにより、誘電体部材２７からパッチ電極
１７へ加えられる電磁界が、この範囲外の場合よりも強
くなって、上記効果が高められる。
【００３３】また、誘電体部材２７がレンズと異なり平
板であるので、パッチアンテナ１０Ａに対し誘電体部材
２７を軸合わせする必要がない。しかも、レンズと異な
り焦点を有しないので、誘電体部材２７とパッチアンテ
ナ１０Ａとの間隔を精度良く定める必要がない。したが
って、高度な実装技術と検査技術とが不要であり、誘電
体レンズを用いる場合と比較して製造コストを低減する
ことができる。
板であるので、パッチアンテナ１０Ａに対し誘電体部材
２７を軸合わせする必要がない。しかも、レンズと異な
り焦点を有しないので、誘電体部材２７とパッチアンテ
ナ１０Ａとの間隔を精度良く定める必要がない。したが
って、高度な実装技術と検査技術とが不要であり、誘電
体レンズを用いる場合と比較して製造コストを低減する
ことができる。
【００３４】［第２実施形態］図５は、本発明の第２実
施形態の電流分布制御型パッチアンテナの一部分解斜視
図である。
施形態の電流分布制御型パッチアンテナの一部分解斜視
図である。
【００３５】パッチアンテナ１０Ｂでは、グランドプレ
ーン１６Ａが支持基板２２と同じ広さであり、誘電体基
板１５Ａ上に形成されたマイクロストリップライン２８
を介してパッチ電極１７に高周波電力が供給される。
ーン１６Ａが支持基板２２と同じ広さであり、誘電体基
板１５Ａ上に形成されたマイクロストリップライン２８
を介してパッチ電極１７に高周波電力が供給される。
【００３６】他の点は上記第１実施形態と同一である。
【００３７】本第２実施形態によっても、上記第１実施
形態と同様な効果が得られる。
形態と同様な効果が得られる。
【００３８】［第３実施形態］図６は、本発明の第３実
施形態の電流分布制御型パッチアンテナの一部分解斜視
図である。
施形態の電流分布制御型パッチアンテナの一部分解斜視
図である。
【００３９】このアンテナでは、図５の誘電体部材２７
の替わりに誘電体部材２７Ａが用いられている。
の替わりに誘電体部材２７Ａが用いられている。
【００４０】図７は、図６の誘電体部材２７ＡのＢ−Ｂ
線に沿った断面を示す斜視図である。
線に沿った断面を示す斜視図である。
【００４１】誘電体部材２７Ａは、中央部の円形誘電体
２７１と、その周りの環状誘電体２７２、２７３及び外
側誘電体２７４とからなる。誘電体２７１〜２７４の誘
電率は、互いに異なり、外側ほど大きな値になってい
る。これにより、誘電体部材２７Ａが誘電体レンズとし
ても機能するので、上記第２実施形態よりも指向性が向
上してアンテナの利得がより高くなる。
２７１と、その周りの環状誘電体２７２、２７３及び外
側誘電体２７４とからなる。誘電体２７１〜２７４の誘
電率は、互いに異なり、外側ほど大きな値になってい
る。これにより、誘電体部材２７Ａが誘電体レンズとし
ても機能するので、上記第２実施形態よりも指向性が向
上してアンテナの利得がより高くなる。
【００４２】［第４実施形態］次に、パッチアンテナの
グランドプレーン側に導電面が配置された場合を本発明
の第４実施例として説明する。
グランドプレーン側に導電面が配置された場合を本発明
の第４実施例として説明する。
【００４３】図８（Ａ）は、図５のアンテナを用いた通
信モジュールの平面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）
中の８Ｂ−８Ｂ線に沿った一部断面図である。
信モジュールの平面図であり、図８（Ｂ）は図８（Ａ）
中の８Ｂ−８Ｂ線に沿った一部断面図である。
【００４４】この通信モジュールは、図５のパッチアン
テナ１０Ｂが、そのグランドプレーンを良導体の基板３
０に接触させてこれに半田付けされている。基板３０に
はさらに、複数のＭＭＩＣ３１が半田付けされており、
その１つとパッチアンテナ１０Ｂとの間がポンディング
ワイヤで接続されている。基板３０上には、パッチアン
テナ１０Ｂ及びＭＭＩＣ３１を覆うように蓋３２が固着
されている。蓋３２のパッチアンテナ１０Ｂ上方には開
口が形成され、これに誘電体部材２７が固定されてい
る。基板３０から外部に突出したピン３３は、ＭＭＩＣ
３１に電源及び信号を供給するためのものである。
テナ１０Ｂが、そのグランドプレーンを良導体の基板３
０に接触させてこれに半田付けされている。基板３０に
はさらに、複数のＭＭＩＣ３１が半田付けされており、
その１つとパッチアンテナ１０Ｂとの間がポンディング
ワイヤで接続されている。基板３０上には、パッチアン
テナ１０Ｂ及びＭＭＩＣ３１を覆うように蓋３２が固着
されている。蓋３２のパッチアンテナ１０Ｂ上方には開
口が形成され、これに誘電体部材２７が固定されてい
る。基板３０から外部に突出したピン３３は、ＭＭＩＣ
３１に電源及び信号を供給するためのものである。
【００４５】本第４実施形態では、グランドプレーン
が、導電面である基板３０に接触した場合に、基板３０
の表面での反射波とパッチアンテナ１０Ｂから誘電体部
材２７に直接照射される電磁波とが、誘電体部材２７の
入射面において実質的に異なる位相を有する。位相を一
致させるのは容易でないので、この条件は通常、位相を
一致させるように位置決めしなければ自動的に成立して
いる。特に、設計において両位相が逆位相になるように
しておけば、部品寸法精度がよくなくて容易にこの条件
を成立させることができる。
が、導電面である基板３０に接触した場合に、基板３０
の表面での反射波とパッチアンテナ１０Ｂから誘電体部
材２７に直接照射される電磁波とが、誘電体部材２７の
入射面において実質的に異なる位相を有する。位相を一
致させるのは容易でないので、この条件は通常、位相を
一致させるように位置決めしなければ自動的に成立して
いる。特に、設計において両位相が逆位相になるように
しておけば、部品寸法精度がよくなくて容易にこの条件
を成立させることができる。
【００４６】図９は、ＭＭＩＣ３１の概略ブロック図で
ある。
ある。
【００４７】ＭＭＩＣ３１では、局部発振器３１１の出
力と外部からの中間周波数の信号ＩＦinとがミクサ３１
２に供給されて、信号ＩＦinの周波数が上方側及び下方
側にシフトし、その上方側がバンドパスフィルタ３１３
を通ってアンプ３１４で増幅され、切換回路３１５を介
しパッチアンテナ１０Ｂに供給される。受信の場合に
は、パッチアンテナ１０Ｂから切換回路３１５を介して
受信信号がアンプ３１６で増幅され、ミクサ３１７に供
給され、その信号の周波数が局部発振器３１８で上方側
及び下方側にシフトされ、下方側がバンドパスフィルタ
３１９を通り、中間周波数の信号ＩＦoutとして出力さ
れる。
力と外部からの中間周波数の信号ＩＦinとがミクサ３１
２に供給されて、信号ＩＦinの周波数が上方側及び下方
側にシフトし、その上方側がバンドパスフィルタ３１３
を通ってアンプ３１４で増幅され、切換回路３１５を介
しパッチアンテナ１０Ｂに供給される。受信の場合に
は、パッチアンテナ１０Ｂから切換回路３１５を介して
受信信号がアンプ３１６で増幅され、ミクサ３１７に供
給され、その信号の周波数が局部発振器３１８で上方側
及び下方側にシフトされ、下方側がバンドパスフィルタ
３１９を通り、中間周波数の信号ＩＦoutとして出力さ
れる。
【００４８】本第４実施形態によれば、誘電体部材２７
が通信モジュールの蓋に取り付けられているので、従来
のパッチアンテナと実質的に同じサイズでアンテナの高
利得化を図ることができる。
が通信モジュールの蓋に取り付けられているので、従来
のパッチアンテナと実質的に同じサイズでアンテナの高
利得化を図ることができる。
【００４９】なお、本発明には外にも種々の変形例が含
まれる。
まれる。
【００５０】例えば、本発明で用いられるパッチアンテ
ナは、上記のものに限定されず、切欠やスロットを形成
したものや円形など各種形状のものであってもよく、ま
た、給電点も用途に応じて決定される。
ナは、上記のものに限定されず、切欠やスロットを形成
したものや円形など各種形状のものであってもよく、ま
た、給電点も用途に応じて決定される。
【図１】本発明の第１実施形態の電流分布制御型パッチ
アンテナの分解斜視図である。
アンテナの分解斜視図である。
【図２】図１のアンテナを組み立てた状態の一部縦断面
図である。
図である。
【図３】図１の構成から誘電体基板を取り除いたパッチ
アンテナの指向性を示す放射パターン図である。
アンテナの指向性を示す放射パターン図である。
【図４】図１の電流分布制御型パッチアンテナの指向性
を示す放射パターン図である。
を示す放射パターン図である。
【図５】本発明の第２実施形態の電流分布制御型パッチ
アンテナの一部分解斜視図である。
アンテナの一部分解斜視図である。
【図６】本発明の第３実施形態の電流分布制御型パッチ
アンテナの一部分解斜視図である。
アンテナの一部分解斜視図である。
【図７】図６の誘電体部材２７ＡのＢ−Ｂ線に沿った断
面を示す斜視図である。
面を示す斜視図である。
【図８】（Ａ）は図５のアンテナを用いた通信モジュー
ルの平面図であり、（Ｂ）は図８（Ａ）中の８Ｂ−８Ｂ
線に沿った一部断面図である。
ルの平面図であり、（Ｂ）は図８（Ａ）中の８Ｂ−８Ｂ
線に沿った一部断面図である。
【図９】図８中のＭＭＩＣの概略ブロック図である。
【図１０】従来の高利得化パッチアンテナを示す斜視図
である。
である。
１０Ａ、１０Ｂ 電流分布制御型パッチアンテナ １５、２７、２７Ａ 誘電体基板 １６ グランドプレーン １７ パッチ電極 １９ 同軸ケーブル ２０ 中心導体 ２２ 支持基板 ２６ スペーサ ２７１ 円形誘電体 ２７２、２７３ 環状誘電体 ２７４ 外側誘電体 ２８ マイクロストリップライン ３０ 基板 ３１ ＭＭＩＣ ３２ 蓋 ３３ ピン
Claims (6)
- 【請求項１】 パッチ電極及びグランドプレーンを備
え、該パッチ電極に高周波電力が供給されて電波を放射
するパッチアンテナと、 該パッチ電極側に該パッチ電極と０．１λ0〜２λ0離間
して対向配置された誘電体部材とを有し、 ここにλ0は該電流分布制御型パッチアンテナの放射電
波の自由空間波長であり、該パッチアンテナに関し該誘
電体部材と反対側の対向面が、導電面非配置領域である
か又は、導電面であり該導電面が、該電波が該誘電体部
材の入射面に直接到達したしたものと該電波が該導電面
で反射した後に該入射面に到達したものとの位相が実質
的に異なるように該誘電体部材から離間して配置されて
いることを特徴とする電流分布制御型パッチアンテナ。 - 【請求項２】 上記誘電体部材は、厚さが０．１λ〜２
λであり、ここにλは上記放射電波の該誘電体内での波
長であることを特徴とする請求項１記載の電流分布制御
型パッチアンテナ。 - 【請求項３】 上記誘電体部材は、中央部の第１誘電体
と、該中央部の周りに配置され該第１誘電体より誘電率
が低い第２誘電体とを有することを特徴とする請求項１
記載の電流分布制御型パッチアンテナ。 - 【請求項４】 上記誘電体部材は、上記誘電体基板と平
行に配置された基板であることを特徴とする請求項１乃
至３のいずれか１つに記載の電流分布制御型パッチアン
テナ。 - 【請求項５】 電導体基板と、 該電導体基板上に上記グランドプレーンが接するように
搭載された請求項１乃至４のいずれか１つに記載の電流
分布制御型パッチアンテナと、 該電導体基板上に搭載され該電流分布制御型パッチアン
テナに接続された通信用ＭＭＩＣと、 を有することを特徴とする通信モジュール。 - 【請求項６】 上記電流分布制御型パッチアンテナ及び
上記ＭＭＩＣの上方を覆うように上記電導体基板に取り
付けられ、該電流分布制御型パッチアンテナに対応する
部分に開口を有する蓋をさらに有し、 上記電流分布制御型パッチアンテナの上記誘電体部材
は、その周縁部が該蓋の該開口部に取り付けられてい
る、 ことを特徴とする請求項５記載の通信モジュール。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000301373A JP2002111366A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 電流分布制御型パッチアンテナ |
| TW090122926A TW526623B (en) | 2000-09-29 | 2001-09-14 | Patch antenna with dielectric separated from patch plane to increase gain |
| US09/957,080 US6492950B2 (en) | 2000-09-29 | 2001-09-21 | Patch antenna with dielectric separated from patch plane to increase gain |
| EP01308176A EP1193795A3 (en) | 2000-09-29 | 2001-09-26 | Patch antenna with dielectric separated from patch plane to increase gain |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000301373A JP2002111366A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 電流分布制御型パッチアンテナ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002111366A true JP2002111366A (ja) | 2002-04-12 |
Family
ID=18782919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000301373A Pending JP2002111366A (ja) | 2000-09-29 | 2000-09-29 | 電流分布制御型パッチアンテナ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6492950B2 (ja) |
| EP (1) | EP1193795A3 (ja) |
| JP (1) | JP2002111366A (ja) |
| TW (1) | TW526623B (ja) |
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| JP2012044402A (ja) * | 2010-08-18 | 2012-03-01 | Sharp Corp | アンテナ装置およびそれを備える電気機器 |
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-
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- 2001-09-14 TW TW090122926A patent/TW526623B/zh not_active IP Right Cessation
- 2001-09-21 US US09/957,080 patent/US6492950B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2001-09-26 EP EP01308176A patent/EP1193795A3/en not_active Ceased
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