JP2008011169A

JP2008011169A - アンテナ装置

Info

Publication number: JP2008011169A
Application number: JP2006179507A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ido; 貴志井戸
Original assignee: SMK Corp
Current assignee: SMK Corp
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】広帯域で、且つ無指向性を実現したアンテナ装置を提供する。
【解決手段】本発明のアンテナ装置１は、アンテナ導体２の両面を挟み込むように、それぞれ比誘電率の異なる第１誘電体層３と第２誘電体層４とを配置することにより、共振点を複数存在させ、これにより広帯域で無指向性のアンテナ装置としたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電体を用いたアンテナ装置に係り、特に共振点を複数存在させることにより広帯域、且つ無指向性を実現したアンテナ装置に関する。

従来より、誘電体を使ったアンテナ装置の代表的なものとしてパッチアンテナが知られている。パッチアンテナは、小型で薄型の円偏波アンテナとして近年普及しつつあり、このパッチアンテナを適用した機器としては、例えば複数の衛星から到達した電波を受信して、自己の位置を計測するＧＰＳ（ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）車載器がある。また、上述したＧＰＳ車載器と同様に、車内に置かれて使用される装置として、外部装置との間で送受信するＥＴＣ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｏｌｌＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎ）車載器がある。

このパッチアンテナの基本構成は、図１０（ａ）に示すように、誘電体層１０１の表面の中央領域にアンテナ導体１０２を形成したものであり、通常は図１０（ｂ）に示すように、導電性のグランド電極１０３のパターン上に誘電体層１０１を形成し、さらにその上にアンテナ導体１０２を形成している（特許文献１〜３参照）。

また、図１０（ｃ）に示すように、誘電体層１０１と比誘電率の異なる誘電体層１０４を設けることによって誘電体層を複数形成したものもある（特許文献４、５参照）。

このようなパッチアンテナでは、給電線を介してグランド電極１０３側からアンテナ導体１０２へ給電されており、アンテナ導体１０２は所望の周波数で共振するように構成されている。
特開２００４−３１２３６４号公報特開２００３−１１０３４７号公報特開２００４−１２８６００号公報特開２００３−２８３２３４号公報特開２００５−８６８０１号公報

上述した従来例のパッチアンテナでは、図１０（ｂ）に示すように、グランド電極１０３が底面に形成されているために指向性アンテナとなっているが、近年需要の増している移動体通信に用いられるアンテナとしては無指向性であることが望ましく、また広帯域であることも求められている。

上述したパッチアンテナのような指向性アンテナを無指向性アンテナにするためには、送信出力をアンテナの表側と裏側の２つに分配する必要がある。しかし、分配回路を設置して送信出力を２つに分配した場合は、送信出力が半分になってしまうという問題点があった。

また、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、誘電体層１０１が一層だけでは広帯域にできないという問題点があった。

さらに、図１０（ｃ）に示すように、比誘電率の異なる誘電体層を複数備えることによって広帯域を実現することは可能であるが、比誘電率の異なる誘電体層を積層すると、それぞれの誘電体層の熱膨張率が異なるため、サイズの大きなアンテナ装置を製造しようとすると誘電体層の剥離や反りが発生してしまい製造が困難となり、信頼性も低下してしまうという問題点があった。

本発明の目的は、広帯域で、且つ無指向性のアンテナ装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明のアンテナ装置は、誘電体を用いたアンテナ装置であって、アンテナ導体の両面に、それぞれ比誘電率の異なる第１誘電体層と第２誘電体層とを、少なくとも一層づつ配置したことを特徴とする。

本発明のアンテナ装置によれば、それぞれ比誘電率の異なる第１誘電体層と第２誘電体層とによってアンテナ導体の両面を挟み込むようにしたので、共振点を複数存在させることができ、これにより広帯域で無指向性のアンテナ装置を実現することができる。

＜第１の実施形態＞
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す側面図である。

図１に示すように、本実施形態のアンテナ装置１は、アンテナ導体２と、このアンテナ導体２の両面を挟み込むようにして配置された第１誘電体層３及び第２誘電体層４とを備えている。

アンテナ導体２は、図示しない給電回路に給電線を介して接続され、所望の共振周波数で共振するように構成されている。これによって、アンテナ導体２は、給電線からの給電あるいは外部からの電磁波により共振周波数で共振することになる。

第１誘電体層３及び第２誘電体層４は、それぞれ異なる比誘電率の誘電体によって構成されている。このように比誘電率の異なる誘電体層を配置することにより、波長短縮効果によって共振点をずらすことが可能となる。この波長短縮効果は周波数が高くなるにつれて効果が小さくなり、逆に比誘電率を大きくすると効果が大きくなる。

また、本実施形態の第１誘電体層３及び第２誘電体層４は、後述するように、ガラスクロスに樹脂を浸透させて固めることにより形成されているが、他の手法により形成したものであってもよい。

次に、アンテナ導体２の形状を図２に基づいて説明する。図２はアンテナ導体２の平面的な配置を示した平面図である。図２に示すように、アンテナ導体２は、所望する共振周波数の電磁波を放射あるいは受信するために必要となるパターンに形成されている。

また、第１誘電体層３と第２誘電体層４との間には、アンテナ導体２と同一面上に四角形状のグランド電極５が形成されている。このように、アンテナ導体２と同一面上にグランド電極５を配置した場合は、グランド電極５をアンテナ導体２と同一プロセスで形成することができるので、製造プロセスの簡素化と工数の削減を図ることが可能となる。

さらに、アンテナ導体２に給電する給電点６が設けられている。この給電点６は、同軸ケーブルなどの給電線によって図示しない給電回路と接続されている。

このように構成された本実施形態のアンテナ装置１において、電波を送信する場合は、図示しない給電回路から給電線を通じて給電点６に高周波電流が供給され、この高周波電流によってアンテナ導体２が所望の共振周波数で共振して外部空間に電磁波を放射する。

一方、電波を受信する場合は、外部空間からの電磁波によってアンテナ導体２が所望の共振周波数で共振し、送信の場合と逆の動作によって電磁波が高周波電流に変換される。

このとき本実施形態のアンテナ装置１では、アンテナ導体２を第１誘電体層３と第２誘電体層４との間に挟み込むように配置するとともに、グランド電極５を第１誘電体層３と第２誘電体層４との間に配置しているため、アンテナ導体２から放射される電磁波は図３に示すようにアンテナ導体２の表面側と裏面側の両方向に放射され、無指向性アンテナとすることができる。

また、本実施形態のアンテナ装置１では、比誘電率の異なる第１誘電体層３と第２誘電体層４とを用いたことにより、共振点をずらすことができ、広帯域化を実現することができる。

ここで、誘電体層が１層のみの場合と比誘電率の異なる誘電体層を２層積層させた場合のリターンロス特性を図４に基づいて説明する。図４に示すように、誘電体層が１層のみの場合には共振点が１つだけであるのに対して、比誘電率の異なる誘電体層を２層積層させた場合にはそれぞれの誘電体層で共振点が異なるため、合成した特性曲線には異なる２つの共振点が存在することになり、１層のみの場合と比較して広帯域になっている。

また、本実施形態のアンテナ装置１では、アンテナ導体２を挟み込むようにして第１誘電体層３と第２誘電体層４とを設けたので、比誘電率の異なる誘電体層が直接積層されることがなく、これによって熱膨張率の違いによる誘電体層の剥離や反りを防止して大きなサイズのアンテナ装置を容易に作成することが可能となり、信頼性も向上させることができる。

このように本実施形態のアンテナ装置１では、それぞれ比誘電率の異なる第１誘電体層３と第２誘電体層４とによってアンテナ導体２の両面を挟み込むようにしたので、共振点を複数存在させることができ、これにより広帯域で無指向性のアンテナ装置を実現させることができる。さらに、誘電体層の剥離や反りを防止して大きなサイズのアンテナ装置を容易に作成することが可能となり、信頼性を向上させることができる。

なお、本実施形態では、アンテナ導体２の両面に誘電体層をそれぞれ一層配置した例について示したが、誘電体層をそれぞれ２層以上の複数層とし、積層する誘電体層同士は比誘電率の近いものを用いるようにしてもよい。このように誘電体を多層にすると、ずれた共振点ができるため、結果として合成の帯域を広げることができる。

さらに、各誘電体層の比誘電率を調整して、さらに共振点を広げることにより、マルチバンド（多周波共振）化することができる。

＜第２の実施形態＞
次に、本発明の第２の実施形態を図面に基づいて説明する。図５は本実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す側面図である。

図５に示すように、本実施形態のアンテナ装置２１は、第１誘電体層３と第２誘電体層４との間に第３誘電体層２２を配置するとともに、この第３誘電体層２２の比誘電率を第１誘電体層３の比誘電率と第２誘電体層４の比誘電率との間の値に設定したことが第１の実施形態と異なっており、その他の構成は第１の実施形態と同様である。

本実施形態のアンテナ装置２１は、第２誘電体層４の上にアンテナ導体２のパターンを形成し、このアンテナ導体２のパターンをマスキングするようにして第３誘電体層２２を形成し、さらにアンテナ導体２の部分はマスキングしたまま第３誘電体層２２の上に接着剤を塗布して第１誘電体層３を貼り合わせることにより製造したものである。

また、第３誘電体層２２の比誘電率は、第１誘電体層３の比誘電率と第２誘電体層４の比誘電率との間の値になるように設定されている。特に第１誘電体層３の比誘電率と第２誘電体層４の比誘電率の中間の値に設定することによって、第１誘電体層３と第２誘電体層４との間の熱膨張率の違いを緩和することができ、これによって第１誘電体層３と第２誘電体層４との間の剥離や反りを防止し、大きなサイズのアンテナ装置を容易に作成することが可能となり、信頼性を向上させることができる。

このように、本実施形態のアンテナ装置２１では、第１誘電体層３と第２誘電体層４との間に第３誘電体層２２を配置し、第３誘電体層２２の比誘電率を第１誘電体層３の比誘電率と第２誘電体層４の比誘電率との間の値に設定したので、第１誘電体層３と第２誘電体層４との間の剥離や反りを防止し、大きなサイズのアンテナ装置を容易に作成することができ、信頼性を向上させることができる。

＜第３の実施形態＞
次に、本発明の第３の実施形態を図面に基づいて説明する。図６は本実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す側面図である。

図６に示すように、本実施形態のアンテナ装置３１は、第３誘電体層３２を第１誘電体層３と第２誘電体層４との間だけではなく、第１誘電体層３とアンテナ導体２との間にも配置したことが第２の実施形態と異なっており、その他の構成は第２の実施形態と同様である。

ただし、図６ではアンテナ導体２と第１誘電体層３との間に第３誘電体層３２を設けているが、アンテナ導体２と第２誘電体層４との間に第３誘電体層３２を設けるようにしてもよい。

本実施形態のアンテナ装置３１は、第２誘電体層４の上にアンテナ導体２のパターンを形成し、このアンテナ導体２のパターンをマスキングするようにして第３誘電体層３２を形成していき、さらにアンテナ導体２の上部にまで形成したら、この第３誘電体層３２の上に接着剤を塗布して第１誘電体層３を貼り合わせることによって製造したものである。

このように、本実施形態のアンテナ装置３１では、第３誘電体層３２を第１誘電体層３とアンテナ導体２との間、あるいは第２誘電体層４とアンテナ導体２との間のいずれかにも配置するようにしたので、第３誘電体層３２の比誘電率を調整することによって、アンテナ装置３１の特性を仕様に応じて調整することが可能となる。また、第３誘電体層３２を設けたことにより、第２の実施形態に比べて熱膨張率の違いをより緩和することができ、第１誘電体層３と第２誘電体層４との間の剥離や反りをより確実に防止することが可能となる。

＜第４の実施形態＞
次に、本発明の第４の実施形態を図面に基づいて説明する。図７は本実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す側面図である。

図７に示すように、本実施形態のアンテナ装置４１は、第１誘電体層３をアンテナ導体２の周囲にも形成したことが第２の実施形態と異なっており、その他の構成は第２の実施形態と同様である。

ただし、図７においては、第２誘電体層４を平板状に形成し、第１誘電体層３をアンテナ導体２の周囲に形成しているが、第１誘電体層３を平板状に形成し、第２誘電体層４をアンテナ導体２の周囲に形成するようにしてもよい。

本実施形態のアンテナ装置４１は、第２誘電体層４の上にアンテナ導体２のパターンを形成し、このアンテナ導体２のパターンをマスキングするようにして第１誘電体層３を形成していき、さらに、アンテナ導体２の上部に第１誘電体層３を形成して製造したものである。

このように、本実施形態のアンテナ装置４１では、第１誘電体層３、あるいは第２誘電体層４のいずれかをアンテナ導体２の周囲に形成するようにしたので、第２及び第３の実施形態のアンテナ装置と比較してコストを低減することが可能となる。

＜第５の実施形態＞
次に、本発明の第５の実施形態を図面に基づいて説明する。図８は本実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す側面図である。

図８に示すように、本実施形態のアンテナ装置５１は、第１誘電体層３と第２誘電体層４の外側に誘導導体５２、５３を配置したことが第４の実施形態と異なっており、その他の構成は第４の実施形態と同様である。

ただし、図８においては、第４の実施形態のアンテナ装置４１に誘導導体５２、５３を配置した場合を示しているが、第１〜第３の実施形態で説明したアンテナ装置１、２１、３１に誘導導体５２、５３を配置するようにしてもよい。

誘導導体５２、５３は、銅や金、銀などからなり、これらの材料を誘電体層の表面にメッキすることで形成したものである。その他、ブリキ板を貼り付けて積層したものでもよいし、アルミ蒸着したものであってもよい。通常は銅メッキにすることで、最も低コストに形成することができる。また、誘導導体５２、５３は、他の導電体や外部回路などには接続されていない。

上記のような誘導導体を誘電体層の外側にそれぞれ配置することにより、誘導導体５２、５３はアンテナ導体２からのエネルギーを受けてアンテナとして機能することになる。そして、誘導導体５２、５３をアンテナ導体２よりも平面的に一回り小さくすることによって、高い周波数領域で共振して二次アンテナとして機能させることができる。

これにより、アンテナ装置５１の帯域をさらに広げることができ、指向性もさらに強くすることができる。

このように、本実施形態のアンテナ装置５１では、第１誘電体層３と第２誘電体層４の外側に誘導導体５２、５３を配置したので、帯域をさらに広げることができ、指向性もさらに強くすることができる。

次に、本実施形態のアンテナ装置の変形例を図９に基づいて説明する。図９はアンテナ装置の変形例を示す側面図である。

図９（ａ）に示すアンテナ装置６１は、第２誘電体層４の外側にグランド電極６２を配置したことが第５の実施形態のアンテナ装置５１と異なっており、その他の構成は第５の実施形態と同様である。

このように、本実施形態ではグランド電極６２を第２誘電体層４の外側に配置したことにより、指向性は上面方向に限定されている。

また、図９（ｂ）に示すアンテナ装置７１は、第１誘電体層３及び誘導導体５２の外側に第４誘電体層７２を配置したことが図９（ａ）の変形例と異なっており、その他の構成は図９（ａ）のアンテナ装置６１と同様である。

このように、本実施形態では第４誘電体層７２を第１誘電体層３及び誘導導体５２の外側に配置したことにより、指向性は上面方向に限定されているものの、さらに広帯域となっている。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す側面図である。本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す平面図である。本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の指向性を説明するための図である。本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置のリターンロス特性を説明するための図である。本発明の第２の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す側面図である。本発明の第３の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す側面図である。本発明の第４の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す側面図である。本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す側面図である。（ａ）、（ｂ）は本発明の第５の実施形態に係るアンテナ装置の変形例の構造を示す側面図である。（ａ）〜（ｃ）は従来のアンテナ装置の構造を示す側面図である。

符号の説明

１、２１、３１、４１、５１、６１、７１アンテナ装置
２、１０２アンテナ導体
３第１誘電体層
４第２誘電体層
５グランド電極
６給電点
２２、３２第３誘電体層
５２、５３誘導導体
６２、１０３グランド電極
７２第４誘電体層
１０１、１０４誘電体層

Claims

誘電体を用いたアンテナ装置であって、
アンテナ導体の両面に、それぞれ比誘電率の異なる第１誘電体層と第２誘電体層とを、少なくとも一層づつ配置したことを特徴とするアンテナ装置。
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層との間に第３誘電体層を配置し、前記第３誘電体層の比誘電率を前記第１誘電体層の比誘電率と前記第２誘電体層の比誘電率との間の値に設定したことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第３誘電体層を、前記第１誘電体層と前記アンテナ導体との間、あるいは前記第２誘電体層と前記アンテナ導体との間の配置したことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層との間に第３誘電体層を配置し、前記第３誘電体層の比誘電率を、前記第１誘電体層あるいは前記第２誘電体層のいずれかの比誘電率と同一としたことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
前記第１誘電体層と前記第２誘電体層の外側に誘導導体を配置したことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ装置。
前記アンテナ導体と同一面上にグランド電極を配置したことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ装置。