JP2004172997A

JP2004172997A - ２バンド共用パッチアンテナ

Info

Publication number: JP2004172997A
Application number: JP2002337021A
Authority: JP
Inventors: Genshu To; 元珠竇
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2002-11-20
Filing date: 2002-11-20
Publication date: 2004-06-17

Abstract

【課題】２種類の周波数帯域の信号波を送受信可能で小型薄型化が容易な２バンド共用パッチアンテナを提供すること。
【解決手段】パッチアンテナ１０は、導体の存しない窓部１３を有するパッチ電極１２と、このパッチ電極１２が片面に設けられた誘電体基板１１と、この誘電体基板１１を介して少なくともパッチ電極１２と対向する位置に設けられた接地導体１４とを備え、パッチ電極１２の全体を共振させるための第１の高周波信号と、この第１の高周波信号よりも高い周波数で窓部１３を共振させるための第２の高周波信号とが、パッチ電極１２に選択的に給電されるように構成した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２種類の周波数帯域（バンド）の信号波の送信や受信が可能で、無線ＬＡＮカード等に実装して好適な２バンド共用パッチアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、有線ケ−ブルを使わずに、所定周波数帯域（例えば２．４ＧＨｚ帯域）の信号波の送受信で情報交換が行える無線ＬＡＮが普及しつつある。パソコン等の電子機器を無線ＬＡＮに対応させる際には、送受信機能を備えた無線ＬＡＮカードを装填することが多く、かかる無線ＬＡＮカードには、無線ＬＡＮで使用される直線偏波の信号波を送受信するためのアンテナや、送信回路、受信回路等が実装されている。
【０００３】
この種の無線ＬＡＮカードに実装されるアンテナにはかなりの小型化が要求されるため、従来より、図７に示すようなパッチアンテナが広く採用されている。同図に示すパッチアンテナ１は、誘電体基板２の片面に銅箔等からなるパッチ電極３を設け、このパッチ電極３を誘電体基板２を介して接地導体４と対向させると共に、マイクロストリップライン５等によってパッチ電極３に所定の高周波信号を給電するという構成になっている。ここで、接地導体４は例えば誘電体基板２の裏面のほぼ全面に設けられており、マイクロストリップライン５は図示せぬアンテナ回路に接続されている。
【０００４】
このように概略構成されたパッチアンテナ１においては、パッチ電極３を励振して前記高周波信号に対応した電界を生じさせることにより、パッチ電極３からその電極面に対して垂直な前方へ信号波を放射させることができる。なお、図７では外形が矩形のパッチ電極３にマイクロストリップライン５が接続されているが、パッチ電極３の外形は円形等であってもよく、また、給電ピンやスルーホールによってパッチ電極３に給電してもよい。
【０００５】
ところで、現在は無線ＬＡＮシステムに２．４ＧＨｚ帯域の信号波が広く使用されているが、将来的には、より高周波な別の帯域（例えば５．２ＧＨｚ帯域）の信号波を使用する送受信システムも普及するものと考えられている。そうなると、高低２種類の周波数帯域の信号波が送受信可能な小型アンテナの必要性が高まる。
【０００６】
このように２バンドで共用できる比較的小型のアンテナとしては、従来、上面にパッチ電極が設けられた第１の誘電体基板と、上面に別のパッチ電極が設けられ裏面全面に接地導体が設けられた第２の誘電体基板と、裏面に複数のマイクロストリップラインが設けられた第３の誘電体基板とを重ね合わせて構成される２パッチ積層型のアンテナが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このものは、上から順に第１、第２、第３の誘電体基板が積層されており、上下の各パッチ電極に対する給電は、それぞれ、接地導体の複数箇所に形成されたスリットを介して異なるマイクロストリップラインから行われるようになっている。そして、各パッチ電極の形状や大きさが異なるため、第１の誘電体基板上のパッチ電極に所定の高周波信号を給電して共振させることにより第１の共振周波数の信号波を放射させることができ、また、第２の誘電体基板上のパッチ電極に別の高周波信号を給電して共振させることにより第２の共振周波数の信号波を放射させることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−２４９９３３号公報（第４〜６頁、図１）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の２パッチ積層型アンテナは、２種類のパッチ電極を上下に分けて配設する構成なので、誘電体基板を含めた全体の厚さ寸法が大きくなってしまい、無線ＬＡＮカード等に実装するうえで必要な薄型化が困難であるという問題があった。そこで、薄型化を図るために２種類のパッチ電極を同一の誘電体基板上に並設するという構成も考えられるが、この方式では全体の面積が不所望に増大してしまうため、無線ＬＡＮカード等に実装するうえで必要な小型化が実現できないという別の問題があった。。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、２種類の周波数帯域の信号波を送受信可能で小型薄型化が容易な２バンド共用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】
上述した目的を達成するために、本発明の２バンド共用パッチアンテナでは、導体の存しない窓部を有するパッチ電極と、このパッチ電極が片面に設けられた誘電体基板と、この誘電体基板を介して少なくとも前記パッチ電極と対向する位置に設けられた接地導体とを備え、前記パッチ電極に対して、該パッチ電極全体を共振させるための第１の高周波信号と、この第１の高周波信号よりも高い周波数で前記窓部を共振させるための第２の高周波信号とが選択的に給電されるように構成した。
【００１１】
このように構成されたアンテナは、パッチ電極に給電すると該パッチ電極内に開設されている窓部を横切る電界が生じるので、該窓部の形状や大きさを適宜選択して所定の高周波信号を給電することにより、パッチ電極全体を励振するときの共振長よりも短い共振長で該窓部を共振させることができる。したがって、パッチ電極の数は一つだけであるが、第１の高周波信号を給電してパッチ電極全体を共振させれば第１の共振周波数の信号波が放射され、第２の高周波信号を給電して窓部を共振させれば第２の共振周波数の信号波が放射されることになって、高低２種類の周波数帯域の信号波が送受信可能となり、小型で薄型の２バンド共用パッチアンテナが得られる。
【００１２】
また、かかる構成において、窓部の形状を細長い略長方形にしておけば、該窓部をスロットアンテナのように効率よく動作させることが可能となる。この場合、パッチ電極の外縁の辺に対する窓部の傾きによってインピーダンスが変化するので、窓部をパッチ電極の外縁の辺に対して適宜角度だけ傾けることにより、給電点におけるインピーダンスのマッチングが図りやすくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係る２バンド共用パッチアンテナの平面図、図２は該パッチアンテナが接続されているアンテナ回路の構成図、図３は該パッチアンテナのＳパラメータ（散乱パラメータ）を示す共振特性図である。
【００１４】
図１に示すパッチアンテナ１０は、外形が正方形状のパッチ電極１２内に導体の存しない領域である小さな正方形状の窓部１３を形成しておき、パッチ電極１２の全体が共振する周波数よりも高い周波数で窓部１３を共振させるようにしたアンテナである。銅箔等からなるパッチ電極１２は誘電体基板１１の片面に設けられており、誘電体基板１１の他面（裏面）にはほぼ全面に接地導体１４が設けられている。また、パッチ電極１２の所定位置には、インピーダンスを整合させた状態でマイクロストリップライン１５が接続されている。このマイクロストリップライン１５は、図２に示す２．４５ＧＨｚ用のアンテナ回路１６と５．２ＧＨｚ用のアンテナ回路１７とに接続されている。つまり、このパッチアンテナ１０は、マイクロストリップライン１５を介してパッチ電極１２に対し、２．４５ＧＨｚ帯域の第１の高周波信号と５．２ＧＨｚ帯域の第２の高周波信号とが選択的に給電できるようになっている。
【００１５】
なお、アンテナ回路１６には、２．４５ＧＨｚ帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタ１６ａと、送信モードと受信モードを切り換える回路１６ｂと、２．４５ＧＨｚ帯域の信号を送信する回路１６ｃと、２．４５ＧＨｚ帯域の信号を受信する回路１６ｄとが具備されている。同様に、アンテナ回路１７には、５．２ＧＨｚ帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタ１７ａと、送信モードと受信モードを切り換える回路１７ｂと、５．２ＧＨｚ帯域の信号を送信する回路１７ｃと、５．２ＧＨｚ帯域の信号を受信する回路１７ｄとが具備されている。
【００１６】
かかる構成のパッチアンテナ１０は、パッチ電極１２に給電する高周波信号の周波数に応じて、給電点のＳパラメータ（いわゆるＳ１１）が図３に示すように変化し、２．４５ＧＨｚと５．２ＧＨｚという異なる周波数帯域で共振するデュアルバンド対応のアンテナとなっている。具体的には、パッチ電極１２にアンテナ回路１６から２．４５ＧＨｚ帯域の信号を給電すれば、パッチ電極１２の全体を共振させることができ、そのときの共振長をλ_１とすると、パッチ電極１２の外縁の一辺の長さは約（λ_１／２）となる。ここで、共振長をλ_１は２．４５ＧＨｚの信号波の波長λ_ｌｏｗ（≒１２０ｍｍ）に誘電体基板１１による波長短縮率を乗じた値であり、誘電体の比誘電率をεとすると、λ_１＝λ_ｌｏｗ／√εとなる。本実施形態例においては、誘電体としてε≒９の材料を使用しているためλ_１≒４０ｍｍとなり、パッチ電極１２の外縁の一辺の長さが約２０ｍｍに設定してある。
【００１７】
また、パッチ電極１２にアンテナ回路１７から５．２ＧＨｚ帯域の信号を給電すれば、窓部１３を横切る電界が生じて、パッチ電極１２の全体ではなく窓部１３を共振させることができ、そのときの共振長をλ_２とすると、窓部１３の幅寸法ｗは約（λ_２／２）となる。ここで、共振長をλ_２は５．２ＧＨｚの信号波の波長λ_ｈｉｇｈ（≒６０ｍｍ）に誘電体基板１１による波長短縮率を乗じた値であり、λ_２＝λ_ｈｉｇｈ／√εとなるため、本実施形態例においては、λ_２≒２０ｍｍとなり、窓部１３の幅寸法ｗが約１０ｍｍに設定してある。
【００１８】
このように本実施形態例に係るパッチアンテナ１０にはパッチ電極１２が一つだけしかなく、複数のパッチ電極を積層したり並設したりする構成にはなっていないが、パッチ電極１２内に設けた窓部１３を活用することによって、２．４５ＧＨｚと５．２ＧＨｚという高低２種類の周波数帯域の信号波を送受信することができる。それゆえ、このパッチアンテナ１０は小型で薄型の２バンド共用アンテナとして使用することができ、無線ＬＡＮカード等にも容易に実装することが可能となる。
【００１９】
なお、パッチ電極１２の外形や窓部１３の形状は正方形に限定されるものではなく、例えば外形が円形のパッチ電極内に矩形や円形の窓部を設けてもよい。また、パッチ電極１２に対する給電を、マイクロストリップライン１５ではなく給電ピンやスルーホールによって行ってもよい。
【００２０】
図４は本発明の他の実施形態例に係る２バンド共用パッチアンテナの平面図であり、図１に対応する部分には同一符号を付してある。
【００２１】
図４に示すパッチアンテナ２０は、窓部１３を細長い略長方形にした点が前述した実施形態例と相違している。このような形状の窓部１３は、スロットアンテナのように効率よく動作させやすいという利点がある。
【００２２】
また、図５に示すパッチアンテナ３０は、マイクロストリップラインではなく給電ピン１８によってパッチ電極１２に対する給電を行うというもので、給電方法だけが図４に示すパッチアンテナ２０と相違している。
【００２３】
図６は本発明のさらに他の実施形態例に係る２バンド共用パッチアンテナの平面図であり、図４に対応する部分には同一符号を付してある。
【００２４】
図６に示すパッチアンテナ４０は、窓部１３を斜めに傾けた点が、図４に示すパッチアンテナ２０と相違している。つまり、パッチ電極１２の外縁の辺に対する窓部１３の傾きによってインピーダンスが変化するので、窓部１３をパッチ電極１２の外縁の辺に対して適宜角度だけ傾けることにより、給電点におけるインピーダンスのマッチングが図りやすくなる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２６】
パッチ電極内に設ける窓部の形状や大きさを適宜選択して所定の高周波信号を給電することにより、パッチ電極全体を励振するときの共振長よりも短い共振長で該窓部を共振させることができるので、複数のパッチ電極を配設しなくても高低２種類の周波数帯域の信号波が送受信可能となり、小型で薄型の２バンド共用パッチアンテナを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る２バンド共用パッチアンテナの平面図である。
【図２】該パッチアンテナが接続されているアンテナ回路の構成図である。
【図３】該パッチアンテナのＳパラメータを示す共振特性図である。
【図４】本発明の他の実施形態例に係る２バンド共用パッチアンテナの平面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態例に係る２バンド共用パッチアンテナの平面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態例に係る２バンド共用パッチアンテナの平面図である。
【図７】従来の一般的なパッチアンテナの構成を示す平面図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０パッチアンテナ
１１誘電体基板
１２パッチ電極
１３窓部
１４接地導体
１５マイクロストリップライン
１６，１７アンテナ回路
１８給電ピン

Claims

導体の存しない窓部を有するパッチ電極と、このパッチ電極が片面に設けられた誘電体基板と、この誘電体基板を介して少なくとも前記パッチ電極と対向する位置に設けられた接地導体とを備え、
前記パッチ電極に対して、該パッチ電極全体を共振させるための第１の高周波信号と、この第１の高周波信号よりも高い周波数で前記窓部を共振させるための第２の高周波信号とが選択的に給電されるように構成したことを特徴とする２バンド共用パッチアンテナ。
請求項１の記載において、前記窓部の形状が細長い略長方形であることを特徴とする２バンド共用パッチアンテナ。
請求項２の記載において、前記窓部を前記パッチ電極の外縁の辺に対して傾けたことを特徴とする２バンド共用パッチアンテナ。