JP2005204151A

JP2005204151A - パッチアンテナ

Info

Publication number: JP2005204151A
Application number: JP2004009418A
Authority: JP
Inventors: Masaru Yomo; 勝四方
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2005-07-28
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: JP3983224B2

Abstract

【課題】取付環境や部品材料にばらつきがあっても最適な給電点に給電して所望のアンテナ性能を確保することが容易な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１１は、複数箇所に複数の貫通孔１２ａ〜１２ｃを有する誘電体基板１２と、誘電体基板１２の上面に設けられた放射導体１３と、誘電体基板１２の底面に設けられた接地導体１４と、誘電体基板１２を貫通して放射導体１３の給電点に接続された給電ピン１５とによって主に構成されており、給電ピン１５は貫通孔１２ａ〜１２ｃのうちのいずれか一つに挿入されている。つまり、設計段階で最適と判定された給電点と合致する貫通孔１２ｂが設けてあるだけでなく、貫通孔１２ｂの近傍に別の貫通孔１２ａ，１２ｃが設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電体基板の片面に設けられた放射導体が給電ピンによって給電されるパッチアンテナに係り、特に、車載用として好適なパッチアンテナに関する。

近年、小型薄型化に好適な誘電体アンテナとしてパッチアンテナの需要が高まっており、その一例として図３の断面図に示すような構造のパッチアンテナが従来より知られている（例えば、特許文献１参照）。同図に示すパッチアンテナ１は、セラミック等の誘電体材料からなる誘電体基板２と、誘電体基板２の上面に設けられた放射導体（パッチ電極）３と、誘電体基板２の底面に設けられた接地導体（裏面電極）４と、誘電体基板２を貫通して放射導体３の給電点に接続された給電ピン５とによって主に構成されている。

誘電体基板２には、給電点と対応する位置に給電ピン５を挿通させるための貫通孔２ａが設けられている。放射導体３と接地導体４は、銅箔等の良導電性金属からなり、エッチング加工等によってそれぞれ所定形状に形成されている。放射導体３は矩形や円形等の適宜形状に形成されており、円偏波アンテナとして動作させる場合、必要に応じて放射導体３に縮退分離素子が装荷される。接地導体４は、貫通孔２ａの周縁部を除いて誘電体基板２の底面のほぼ全面に形成されている。給電ピン５は良導電性の金属ピンであって、その上端部（頭部）は放射導体３に半田付けされている。また、給電ピン５の下端部は、接地導体４とは絶縁されて誘電体基板２の下方へ突出し、図示せぬ給電回路のランド部に半田付けされている。

このように概略構成されたパッチアンテナ１の共振周波数は、誘電体基板２の誘電率や厚みあるいは放射導体３の大きさや形状等によって決定される。また、かかるパッチアンテナ１を製造する際には、予め誘電体基板２の所定位置（給電点と対応する位置）に貫通孔２ａを設けておく。これにより、製造段階で給電ピン５を貫通孔２ａに挿入した後、この給電ピン５の頭部を放射導体３に半田付けすればアンテナ素子（パッチアンテナ１）が完成するため、製造工程が簡素化されて低コスト化が図りやすくなっている。
特開平６−１５２２３７号公報（第２頁、図５）

前述した従来のパッチアンテナ１においては、その設計段階で、最適なインピーダンス整合が得られる位置（例えば放射導体３の中心点から５０Ωに相当する位置）に給電点が設定され、この給電点に合致する貫通孔２ａが誘電体基板２の成形時に形成されるため、貫通孔２ａに挿入した給電ピン５の頭部が所望の給電点に配置されるようになっている。しかしながら、パッチアンテナ１が例えば車載用ナビゲーションのＧＰＳアンテナとして使用される場合、アンテナ素子であるパッチアンテナ１は防塵用のレドームで覆われて金属製のブラケット上に設置されるため、これらレドームやブラケット等の後付け部材の影響によって入力インピーダンスが変化し、最適なインピーダンス整合が得られる給電点の位置がずれてしまう虞がある。もちろん、使用するレドームやブラケットが１種類であれば、その影響を予め考慮して給電点の位置を調整しておくことはできるが、実際には多種多様なレドームやブラケットに適用可能な汎用性に富むパッチアンテナが要求されるため、給電点が最適位置から大きくずれた状態で製品化されてしまうことがあり、その場合、利得の低下によりアンテナ性能は劣化する。また、製品化したときに所望のアンテナ性能が得られないパッチアンテナは不良品となってしまうため、かかる給電点の位置ずれは製造歩留まりを低下させる要因ともなっていた。

なお、給電点が最適位置からずれるという現象は、誘電体基板２の誘電体材料のばらつき（誘電率のばらつき）によっても発生する。また、給電点の位置ずれを回避するために、使用するレドームやブラケットに応じてその都度、最適形状の誘電体基板２を用意するとなると、誘電体基板２の金型が共通化できないため製造コストの高騰を余儀なくされる。

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、取付環境や部品材料にばらつきがあっても最適な給電点に給電して所望のアンテナ性能を確保することが容易なパッチアンテナを提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明のパッチアンテナでは、誘電体基板と、該誘電体基板の片面に設けられた放射導体と、前記誘電体基板の他面に設けられた接地導体と、前記誘電体基板を貫通して一端が前記放射導体に接続され他端が給電回路に接続された給電ピンとを備え、前記誘電体基板が異なる給電点に対応する複数の貫通孔を有し、このうちの一つの貫通孔に前記給電ピンを挿入する構成とした。

このように構成されたパッチアンテナは、誘電体基板に予め複数の貫通孔が設けられているため、給電ピンを挿入する貫通孔を適宜選択することができる。つまり、設計段階で最適と判定された給電点と合致する位置に貫通孔を設けるだけでなく、レドームやブラケット等の後付け部材の多様性に起因する取付環境のばらつき、あるいは誘電体基板等の部品材料のばらつき等を考慮して、該貫通孔から若干ずらした位置に別の貫通孔を設けておくことにより、製品化したときに最適となる給電点と略合致する貫通孔を選択し、そこに給電ピンを挿入することができる。したがって、このパッチアンテナは、取付環境や部品材料にばらつきがあっても、常に最適な給電点に給電することが容易であり、製造コストが上昇する心配もない。

本発明のパッチアンテナは、誘電体基板に異なる給電点に対応する複数の貫通孔が設けられており、このうちの一つの貫通孔を適宜選択して給電ピンを挿入するという構成になっているため、取付環境や部品材料にばらつきがあっても、常に最適な給電点に給電ピンを接続することが可能である。それゆえ、製造工程を複雑化することなく所望のアンテナ性能を容易に確保できると共に、製造歩留まりの向上が図れ、高信頼性のパッチアンテナを安価に提供することができる。

発明の実施の形態を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パッチアンテナの平面図、図２は該パッチアンテナを回路基板上に実装した状態を示す断面図である。

これらの図に示すパッチアンテナ１１は、セラミック等の誘電体材料からなり３箇所に貫通孔１２ａ〜１２ｃを有する誘電体基板１２と、誘電体基板１２の上面に設けられた正方形状の放射導体（パッチ電極）１３と、誘電体基板１２の底面に設けられた接地導体（裏面電極）１４と、誘電体基板１２を貫通して放射導体１３の給電点に接続された給電ピン１５とによって主に構成されており、給電ピン１５は貫通孔１２ａ〜１２ｃのうちのいずれか一つ（図では貫通孔１２ｂ）に挿通されている。

誘電体基板１２の各貫通孔１２ａ〜１２ｃは、それぞれの上端が略等間隔な開口端として放射導体１３に露出し、かつ、各貫通孔１２ａ〜１２ｃから放射導体１３の中心点までの距離が少しずつ異なるような配置で形成されている。すなわち、放射導体１３の中心点に対し、貫通孔１２ａは最も近く、次いで貫通孔１２ｂが近く、貫通孔１２ｃは最も遠い位置に形成されている。このうち、貫通孔１２ｂの上端は、設計段階で最適なインピーダンス整合が得られると判定された給電点（具体的には放射導体１３の中心点から５０Ωに相当すると判定された地点）に位置している。

放射導体１３と接地導体１４は銅箔等の良導電性金属からなり、エッチング加工等によってそれぞれ所定形状に形成されている。本実施形態例では、放射導体１３は正方形状に形成されているが、円形等であってもよい。接地導体１４は、貫通孔１２ａ〜１２ｃの周縁部を除いて、誘電体基板１２の底面のほぼ全面に形成されている。給電ピン１５は良導電性の金属ピンであって、その上端部（頭部）は放射導体１３に半田付けされている。また、給電ピン１５の下端部は、接地導体１４とは絶縁されて誘電体基板１２の下方へ突出し、回路基板２０の裏面で図示せぬ給電回路のランド部２１に半田付けされている。

このように構成されたパッチアンテナ１１は、製品化に際して、防塵用のレドームで覆われて金属製のブラケット上に設置されるが、一般にレドームやブラケットの形状や大きさは多種多様である。そのため、使用するレドームやブラケット等の影響によってパッチアンテナ１１の入力インピーダンスが変化し、最適なインピーダンス整合が得られる給電点の位置がずれてしまうことがある。また、誘電体基板１２の誘電体材料のばらつき（誘電率のばらつき）によっても、入力インピーダンスが変化して最適な給電点の位置がずれてしまうことがある。すなわち、図示したパッチアンテナ１１は、設計段階で最適位置と判定された給電点に対応する貫通孔１２ｂに給電ピン１５を挿入しているが、使用するレドームやブラケット等の後付け部材の多様性に起因する取付環境のばらつき、あるいは誘電体基板１２等の部品材料のばらつきによって、最適な給電点の位置が大きくずれてしまう可能性があり、その場合、製品化しても所望のアンテナ性能を得ることは困難となる。

そこで本実施形態例では、こうした取付環境や部品材料のばらつきによって最適な給電点の位置がパッチアンテナ１１の中心点側へ大きくずれる場合には、給電ピン１５を貫通孔１２ｂではなく貫通孔１２ａに挿入することとし、これによってほぼ最適な位置に給電点を設定することができる。また、取付環境や部品材料のばらつきによって最適な給電点の位置がパッチアンテナ１１の周縁側（中心点から離れる側）へ大きくずれる場合には、給電ピン１５を貫通孔１２ｂではなく貫通孔１２ｃに挿入することとし、これによってほぼ最適な位置に給電点を設定することができる。

なお、給電ピン１５を貫通孔１２ａや貫通孔１２ｃに挿入する場合、回路基板２０上におけるパッチアンテナ１１の搭載位置を適宜変更することによって、給電ピン１５の下端部を図２に示すランド部２１に半田付けすることができる。ただし、各貫通孔１２ａ〜１２ｃに別々に対応する複数のランド部を予め回路基板２０に設けておいてもよい。

このように本実施形態例に係るパッチアンテナ１１は、誘電体基板１２に予め複数の貫通孔１２ａ〜１２ｃが設けられているため、給電ピン１５を挿入する貫通孔を適宜選択することができる。つまり、設計段階で最適と判定された給電点と合致する位置に貫通孔１２ｂを設けるだけでなく、レドームやブラケット等の後付け部材の多様性に起因する取付環境のばらつき、あるいは誘電体基板１２等の部品材料のばらつきを考慮して、貫通孔１２ｂから若干ずらした位置に別の貫通孔１２ａ，１２ｃを設けておくことにより、製品化したときに最適となる給電点と略合致する貫通孔を選択し、そこに給電ピン１５を挿入することができる。したがって、このパッチアンテナ１１は、取付環境や部品材料にばらつきがあっても常に最適な給電点に給電ピン１５を接続することが可能であり、製造工程を複雑化することなく所望のアンテナ性能が容易に確保できる。また、製造歩留まりが向上するため、コストダウンも期待できる。

なお、上述した実施形態例では、直線偏波用のパッチアンテナについて例示しているが、円偏波用のパッチアンテナであっても本発明が適用できることは言うまでもない。また、給電ピンが選択的に挿入可能な貫通孔の数が２個または４個以上であってもよい。

本発明の実施形態例に係るパッチアンテナの平面図である。回路基板上に実装した該パッチアンテナを示す断面図である。従来例に係るパッチアンテナの断面図である。

符号の説明

１１パッチアンテナ
１２誘電体基板
１２ａ〜１２ｃ貫通孔
１３放射導体
１４接地導体
１５給電ピン
２０回路基板
２１ランド部

Claims

誘電体基板と、該誘電体基板の片面に設けられた放射導体と、前記誘電体基板の他面に設けられた接地導体と、前記誘電体基板を貫通して一端が前記放射導体に接続され他端が給電回路に接続された給電ピンとを備え、前記誘電体基板が異なる給電点に対応する複数の貫通孔を有し、このうちの一つの貫通孔に前記給電ピンが挿入されていることを特徴とするパッチアンテナ。