JP2008263494A - Patch antenna and personal digital assistant mounted therewith and having radio communication function - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種の無線通信に用いるパッチアンテナおよびそれを搭載した無線通信機能を有する携帯情報機器に関する。 The present invention relates to a patch antenna used for various types of wireless communication and a portable information device equipped with the same and having a wireless communication function.
無線通信機能を備えた無線通信モジュールを、携帯情報端末（PDA(Personal Digital Assistants)等），携帯型PC（パソコン），携帯ゲーム機等の携帯情報機器に搭載する場合（外付けアクセサリー，内蔵共に）、携帯情報機器が発生する雑音信号を、無線通信モジュールのアンテナが拾ってしまい、受信感度の劣化が発生する。 When mounting wireless communication modules with wireless communication functions on portable information terminals (PDA (Personal Digital Assistants), etc.), portable PCs (personal computers), portable game machines, etc. (both external accessories and built-in accessories) ), The noise signal generated by the portable information device is picked up by the antenna of the wireless communication module, and the reception sensitivity is deteriorated.
携帯情報機器の雑音は、多くの場合、MPU（Micro Processing Unit;マイクロプロセッサ）が発生するディジタル雑音であり、その周波数は広帯域に渡り、アンテナ周波数を含んでしまう。 特に、無線通信モジュールが、GPS(Global Positioning System)のように高感度（約-80dBm以下の感度が見込み。GPSは現行-150dBm程度）の場合、この現象は特に顕著になる。 In many cases, the noise of a portable information device is digital noise generated by an MPU (Micro Processing Unit), and its frequency extends over a wide band and includes an antenna frequency. In particular, this phenomenon becomes particularly prominent when the wireless communication module is highly sensitive (a sensitivity of about -80 dBm or less. GPS is currently about -150 dBm) as in GPS (Global Positioning System).
前記従来の無線通信機能を備えたＧＰＳ無線通信モジュールは、例えば図９の１０ａ，１０ｂに示すように、回路基板１、該基板１に実装されるＩＣ、トランジスタ、抵抗器、コンデンサ、コイル等の実装部品２，２…およびシールドキャップ３等を備えたモジュール（無線通信装置）１０と、パッチアンテナ２０とを一体化して構成されている。
The GPS wireless communication module having the conventional wireless communication function includes, for example, a circuit board 1, an IC mounted on the board 1, a transistor, a resistor, a capacitor, a coil, etc., as shown in 10 a and 10 b of FIG. 9. The module (wireless communication device) 10 including the
図９（ａ）はシールドキャップ３の上にパッチアンテナ２０を設置した例であり、図９（ｂ）は回路基板１の上にパッチアンテナ２０を設置した例である。
FIG. 9A is an example in which the
前記パッチアンテナ２０は、図２（ａ）に示すように、放射板２１と接地導体板２２間に誘電体基板２３を配設し、接地導体板２２および誘電体基板２３を貫通して挿入した給電線２４から、放射板２１のほぼ中央の給電点２５に給電するように構成されている。
As shown in FIG. 2A, the
このためパッチアンテナ２０のグランド面、すなわち接地導体板２２は、図９（ａ）においてはシールドキャップ３に接し、図９（ｂ）においては回路基板１のグランドパターンに接している。
Therefore, the ground plane of the
図９（ａ）のように構成されたＧＰＳ無線通信モジュール１０ａは、例えば図１０（ａ）に示すように携帯情報端末（ＰＤＡ）３０の天井面（又は前面）に搭載される。
The GPS
前述したように携帯情報端末３０からは放射雑音が発生するが、図１０（ｂ）のように携帯情報端末３０の天井面にパッチアンテナ２０が搭載された場合、パッチアンテナ２０の指向性が上面方向となるため、ノイズ源から背を向けた形となり、前記雑音の影響は軽減される。
As described above, radiation noise is generated from the
これに対し図１０（ｃ）のように携帯情報端末３０上にチップアンテナ４０を設けた場合、該アンテナ４０の放射パターンが無指向性に近い（例えば８の字）ため、近傍にある携帯情報端末３０のセット本体がノイズ源となってしまう。このようにＧＰＳにおいては、無指向性のチップアンテナがあまり使用されず、多くの場合パッチアンテナがされるのは、単に、パッチアンテナの方が利得が高いというだけでなく、このような理由もあると考えられる。
On the other hand, when the
しかしながら、パッチアンテナ２０が、上方向だけの指向性、すなわち図１１（ａ）に示すように、ほとんどメインローブだけで、サイドローブが無く、バックローブも極めて小さいという指向性は、グランド面（接地導体板２２）が無限大（ｘ方向長さＸ及びｙ方向長さＹが無限大）でグランド・インピーダンスがゼロの理想状態でのみ達成される。しかし、実際の有限サイズでインピーダンスを持つグランド面では、パッチアンテナは、図１１（ｂ）のように、サイドローブを持ち、バックローブも無視できない。グランド・サイズが、放射パターンと同じく、約λ/4平方の時には、図１１（ｃ）のようにメインローブとバックローブはほとんど同じ大きさになる。この現実のパッチアンテナでは、携帯情報端末３０のセットから放射される雑音の影響を受けてしまう。
However, the directivity of the
尚、従来、複数の誘電体層を積層して利得の向上を図ったパッチアンテナは、例えば下記非特許文献１，２に記載のものが提案されていた。
前記非特許文献１に記載のパッチアンテナ５０は、図２（ｂ）のように、放射板２１と接地導体板２２の間に第１の誘電体層５１を形成し、放射板２１上に第２の誘電体層５２を形成して構成されている。
As shown in FIG. 2B, the
前記非特許文献２に記載のパッチアンテナ６０は、図２（ｃ）のように、放射板２１と接地導体板２２の間に第１の誘電体層６１を形成し、放射板２１上に第２の誘電体層６２を形成し、さらに第２の誘電体層６２上に第３の誘電体層６３を形成して構成されている。
In the
図２（ｂ），（ｃ）において、放射板２１の給電点（２５）に給電を行う給電線２４は図２（ａ）と同様に構成されている。図２（ａ）の誘電体基板２３の厚みＴ１は、理想的には使用周波数の４分の１波長（λｇ）であるが、実際には、小型化、薄型化のため１０分の１以下（λｇ／１０≧Ｔ１）に設定されている。図２（ｂ），（ｃ）の第１の誘電体層５１，６１の厚みＴ１も図２（ａ）のものと同様にλｇ／１０≧Ｔ１に設定されている。
2 (b) and 2 (c), the
また図２（ｂ），（ｃ）の第２の誘電体層５２，６２の厚みＴ２はともに使用周波数の１波長以上（Ｔ２≧λｇ）に設定されている。
The thickness T2 of the second
図２（ｃ）の第３の誘電体層６３の厚みＴ３は使用周波数の4分の１波長以下（λｇ／４≧Ｔ３）に設定されている。
The thickness T3 of the third
また図２（ｂ）の第１および第２の誘電体層５１，５２の比誘電率εｒ１，εｒ２はεｒ２≒εｒ１なる関係に各々設定され、図２（ｃ）の第１、第２および第３の誘電体層６１〜６３の比誘電率εｒ１，εｒ２，εｒ３は、εｒ３＜εｒ２＝εｒ１なる関係に各々設定されている。
Also, the relative dielectric constants εr1 and εr2 of the first and second
前記非特許文献１，２（図２（ｂ），（ｃ））に記載のパッチアンテナ５０，６０においては、第２および第３の誘電体層５２，６２，６３が放射パターンに影響するのは、ほとんどメインローブだけであり、メインローブは大きくなってもバックローブはあまり小さくならず、例えば、図１０のＧＰＳ無線通信モジュール１０ａに図２（ｂ），（ｃ）のパッチアンテナ５０，６０を搭載したとしても、携帯情報端末３０からの雑音の受信レベルを下げることには寄与しない。
In the
またパッチアンテナ５０，６０の誘電体総厚み（パッチアンテナ５０の場合はＴ１＋Ｔ２、パッチアンテナ６０の場合はＴ１＋Ｔ２＋Ｔ３）が１波長（ここでの波長は管内波長）を越える厚みになってしまい、携帯情報端末３０等の携帯機器に求められる小型化を著しく阻害する。
Further, the total dielectric thickness of the
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、グランド面背後からの雑音の受信レベルを下げて受信感度を向上させるとともに小型化を図ったパッチアンテナおよびそれを搭載した無線通信機能を有する携帯情報機器を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to improve a reception sensitivity by reducing the reception level of noise from behind the ground plane and to reduce the size of the patch antenna and a wireless communication function equipped with the patch antenna. It is to provide a portable information device.
上記課題を解決するための請求項１に記載のパッチアンテナは、放射板および接地導体板を備えたパッチアンテナであって、前記放射板と接地導体板間に第１の誘電体層を形成し、前記放射板上に使用波長の１／１０以下の厚みの、前記第１の誘電体層よりも低誘電率の第２の誘電体層を形成し、前記第２の誘電体層上に使用波長の１／５〜１／１０の厚みの、前記第１の誘電体層よりも高誘電率の第３の誘電体層を形成したことを特徴としている。 The patch antenna according to claim 1, wherein the patch antenna includes a radiating plate and a ground conductor plate, and a first dielectric layer is formed between the radiating plate and the ground conductor plate. Forming a second dielectric layer having a thickness of 1/10 or less of the wavelength used on the radiation plate and having a dielectric constant lower than that of the first dielectric layer, and using the second dielectric layer on the second dielectric layer; A third dielectric layer having a thickness of 1/5 to 1/10 of the wavelength and having a dielectric constant higher than that of the first dielectric layer is formed.
上記構成により、第１、第２の誘電体層に比べて第３の誘電体層の誘電率が高いため、アンテナ正面の伝播速度が遅くなってメインローブの放射角度が狭くなり、このためサイドローブの打上げ角度が大きくなってバックローブの利得が小さくなる。これによってアンテナ背面の利得を大きく減少させることができる。 With the above configuration, since the dielectric constant of the third dielectric layer is higher than that of the first and second dielectric layers, the propagation speed in front of the antenna is slowed down and the radiation angle of the main lobe is narrowed. The lobe launch angle increases and the back lobe gain decreases. As a result, the gain on the back surface of the antenna can be greatly reduced.
したがってバックローブ側、すなわちパッチアンテナの接地導体板側に設けられた例えば携帯情報機器からの雑音を拾うことはなく、受信感度が向上する。 Therefore, for example, noise from a portable information device provided on the back lobe side, that is, the grounded conductor plate side of the patch antenna is not picked up, and reception sensitivity is improved.
また従来のパッチアンテナと比較して厚みの薄いパッチアンテナを構成することができる。 Further, a patch antenna having a smaller thickness than that of a conventional patch antenna can be configured.
また請求項２に記載のパッチアンテナは、請求項１において、前記第２の誘電体層は、空気層から成り、前記第１の誘電体層から、第２の誘電体層の厚みに相当する距離隔てて、前記第３の誘電体層を固定することにより形成されていることを特徴としている。 According to a second aspect of the present invention, in the patch antenna according to the first aspect, the second dielectric layer is formed of an air layer and corresponds to the thickness of the second dielectric layer from the first dielectric layer. It is characterized by being formed by fixing the third dielectric layer at a distance.
上記構成により、第２の誘電体層として低誘電率材料を使用しなくても、第１の誘電体層から第３の誘電体層を浮かせて固定するだけで済み、コストが低減される。 With the above configuration, even if a low dielectric constant material is not used as the second dielectric layer, it is only necessary to float and fix the third dielectric layer from the first dielectric layer, thereby reducing the cost.
また請求項３，４に記載のパッチアンテナは、請求項１，２において、前記第３の誘電体層の誘電率は、７０以上、且つ前記第１の誘電体層の誘電率の３倍以上であることを特徴としている。
The patch antenna according to
上記構成により、アンテナ背面の利得がより大きく減少し、受信感度がより向上する。 With the above configuration, the gain on the back surface of the antenna is greatly reduced, and the reception sensitivity is further improved.
また請求項５〜８に記載の携帯情報機器は、請求項１〜４に記載のパッチアンテナを搭載したことを特徴としている。 The portable information device according to any one of claims 5 to 8 includes the patch antenna according to any one of claims 1 to 4.
また請求項９〜１２に記載の携帯情報機器は、請求項５〜８において、前記パッチアンテナは、無線通信機能を達成する無線通信装置と一体化され、該パッチアンテナの背面側が携帯情報機器に対向して配設されていることを特徴としている。 The portable information device according to claims 9 to 12 is the portable information device according to claims 5 to 8, wherein the patch antenna is integrated with a wireless communication device that achieves a wireless communication function, and the back side of the patch antenna is a portable information device. It is characterized by being arranged facing each other.
上記構成によれば、アンテナ背面の利得を大きく減少させることができ、パッチアンテナの接地導体板側に設けられた携帯情報機器からの雑音を拾うことなく、受信感度が向上する。 According to the above configuration, the gain on the back surface of the antenna can be greatly reduced, and reception sensitivity is improved without picking up noise from the portable information device provided on the ground conductor plate side of the patch antenna.
また、従来と比較してパッチアンテナの厚みが薄いので、携帯情報機器の大型化を抑制することができる。 Moreover, since the thickness of the patch antenna is thinner than the conventional one, the increase in size of the portable information device can be suppressed.
（１）請求項１〜４に記載の発明によれば、第１、第２の誘電体層に比べて第３の誘電体層の誘電率が高いため、アンテナ正面の伝播速度が遅くなってメインローブの放射角度が狭くなり、このためサイドローブの打上げ角度が大きくなってバックローブの利得が小さくなる。これによってアンテナ背面の利得を大きく減少させることができる。 (1) According to the first to fourth aspects of the present invention, since the dielectric constant of the third dielectric layer is higher than that of the first and second dielectric layers, the propagation speed in front of the antenna becomes slow. The radiation angle of the main lobe is narrowed, so that the launch angle of the side lobe is increased and the gain of the back lobe is decreased. As a result, the gain on the back surface of the antenna can be greatly reduced.
したがってパッチアンテナの接地導体板側に設けられた携帯情報機器からの雑音を拾うことなく、受信感度が向上する。 Therefore, the reception sensitivity is improved without picking up noise from the portable information device provided on the ground conductor plate side of the patch antenna.
また従来のパッチアンテナと比較して厚みの薄いパッチアンテナを構成することができる。
（２）請求項２に記載の発明によれば、第２の誘電体層として低誘電率材料を使用しなくても、第１の誘電体層から第３の誘電体層を浮かせて固定するだけで済み、コストが低減される。
（３）請求項３，４に記載の発明によれば、アンテナ背面の利得がより大きく減少し、受信感度がより向上する。
（４）請求項５〜１２に記載の発明によれば、アンテナ背面の利得を大きく減少させることができ、パッチアンテナの接地導体板側に設けられた携帯情報機器からの雑音を拾うことなく、受信感度が向上する。また、従来と比較してパッチアンテナの厚みが薄いので、携帯情報機器の大型化を抑制することができる。
Further, a patch antenna having a smaller thickness than that of a conventional patch antenna can be configured.
(2) According to the invention described in
(3) According to the third and fourth aspects of the present invention, the gain on the back surface of the antenna is greatly reduced, and the reception sensitivity is further improved.
(4) According to the invention described in claims 5 to 12, the gain on the back surface of the antenna can be greatly reduced without picking up noise from the portable information device provided on the ground conductor plate side of the patch antenna, Receive sensitivity is improved. Moreover, since the thickness of the patch antenna is thinner than the conventional one, the increase in size of the portable information device can be suppressed.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.
図１および図２（ｄ）は、本発明をＧＰＳ用のアンテナとして適用した実施例を表し、図１（ａ）はパッチアンテナの表側を示す斜視図、図１（ｂ）はパッチアンテナの裏側を示す斜視図、図２（ｄ）はパッチアンテナの正面構成図である。これらの図において、図２（ａ）と同一部分は同一符号をもって示している。 1 and 2 (d) show an embodiment in which the present invention is applied as an antenna for GPS, FIG. 1 (a) is a perspective view showing the front side of the patch antenna, and FIG. 1 (b) is the back side of the patch antenna. FIG. 2D is a front view of the patch antenna. In these drawings, the same parts as those in FIG.
本実施例のパッチアンテナ７０は、放射板２１と接地導体板２２の間に形成された第１の誘電体層７１と、放射板２１および第１の誘電体層７１上に形成された第２の誘電体層７２と、該第２の誘電体層７２上に形成された第３の誘電体層７３とを備えている。
The
前記放射板２１は偏波制御のための１つの角をｃ面取りした正方形の放射パターンとして構成されており、そのほぼ中央の給電点２５には、接地導体板２２および第１の誘電体層７１を貫通して挿入した給電線２４から給電が行われる。
The
前記第１の誘電体層７１の厚みＴ１は、使用周波数の１０分の１波長以下（λｇ／１０≧Ｔ１）に設定され、第２の誘電体層７２の厚みＴ２は、使用周波数の１０分の１波長以下（λｇ／１０≧Ｔ２）に設定され、第３の誘電体層７３の厚みＴ３は、使用周波数の５分の１波長〜１０分の１波長（λｇ／５〜λｇ／１０＝Ｔ３）に設定されている。
The thickness T1 of the
また第１〜第３の誘電体層７１〜７３の各比誘電率εｒ１〜εｒ３は、εｒ３＞εｒ１＞εｒ２なる関係に設定されている。
The relative dielectric constants εr1 to εr3 of the first to third
第１の誘電体層７１はセラミックスから成り、その比誘電率εr1は約30で、厚みT1は3mmである。GPSの使用周波数は1.57542GHzであるため放射板２１の正方形放射パターンの1辺は2分の1波長、約20mmとなる。第２の誘電体層７２は発泡のlow-K材（低誘電率材料）から成り、比誘電率εr2は約1で、厚みT2は10mmである。第３の誘電体層７３は高誘電体セラミックスから成り、その比誘電率εr3は約75で、厚みT3は2mmである。したがってパッチアンテナの総厚みは、僅か15mmに収まっている。尚、アンテナ面積は約25mm角である。
The
図１のように構成されたパッチアンテナ７０は、図９と同様に、図３に示すように、モジュール（無線通信装置）１０と一体化されてＧＰＳ無線通信モジュール８０ａ，８０ｂが構成される。
As shown in FIG. 3, the
すなわちＧＰＳ無線通信モジュール８０ａ，８０ｂは、回路基板１、該基板１に実装されるＩＣ、トランジスタ、抵抗器、コンデンサ、コイル等の実装部品２，２…およびシールドキャップ３等を備えたモジュール（無線通信装置）１０と、パッチアンテナ７０とを一体化して構成されている。
That is, the GPS
図３（ａ）はシールドキャップ３の上にパッチアンテナ７０を設置した例であり、図３（ｂ）は回路基板１の上にパッチアンテナ７０を設置した例である。
FIG. 3A shows an example in which the
次に、本実施例のパッチアンテナ７０と、同じセラミックスの第１の誘電体層だけでインピーダンス整合を取り、図１と同じく約20mm角放射パターン、アンテナ面積25mm角、厚み3mmとした従来の図２（ａ）のタイプのパッチアンテナとの、特性を比較した。
Next, impedance matching is performed using only the first dielectric layer of the same ceramics as the
従来の図２（ａ）のタイプのパッチアンテナを用いて、図９（ａ）の形態のGPSモジュールを形成した時、受信感度は約-150dBmであったが、それを、携帯情報端末３０に、図１０のように搭載すると、感度は、約-135dBmまで劣化した。 When the conventional patch antenna of the type shown in FIG. 2A is used to form the GPS module having the configuration shown in FIG. 9A, the reception sensitivity is about −150 dBm. When mounted as shown in FIG. 10, the sensitivity deteriorated to about -135 dBm.
一方、本実施例のパッチアンテナで同様なGPSモジュール（図３（ａ））を形成した時、受信感度は約-150dBmと、従来アンテナとほとんど変わらなかったが、携帯情報端末３０に搭載した場合の感度は約-145dBmと僅かしか劣化しない。
On the other hand, when a similar GPS module (FIG. 3A) is formed with the patch antenna of this embodiment, the reception sensitivity is about −150 dBm, which is almost the same as that of the conventional antenna, but is mounted on the
図１のパッチアンテナ７０においては、第２の誘電体層７２に、比誘電率εr2が約1の誘電体を用い、かつ、第３の誘電体層７３に、比誘電率εr3が約75の高誘電体を用いることで、第３の誘電体層７３の電磁波の伝播速度V3は、比誘電率の平方根に相当する波長短縮率（1/√εr3）により、V3 = V2√(εr2/εr3) ≒ C/√εr3となる。（V2は第２の誘電体層７２の電磁波の伝播速度、Cは、真空中の自由空間での伝播速度で、光速度に等しい）。このアンテナ正面の伝播速度を遅らせる効果により、図４のアンテナ放射パターンの（ａ）に示すように、メインローブの放射角度を狭くすることができ、結果として、サイドローブの打ち上げ角度が大きくなり、バックローブの利得が小さくなる（逆に、メインローブは、あまり大きくならない）。
In the
尚、本発明のパッチアンテナ７０は、前記図４のようにサイドローブの打上げ角度が大となるので、図３（ｂ）に示すようにパッチアンテナ７０を回路基板１上のシールドキャップ３の真横に配設しても、シールドキャップ３から漏れるモジュール１０の雑音信号を拾うことはない。
Since the
図２（ａ）の従来アンテナでは、誘電体層の厚みT1は、理想的には4分の1波長であるが、実際には、小型化、薄型化のため、１０分の1以下に設定されている。図２（ｄ）のように、その上に、誘電体を2層付加したものが本発明のアンテナであり、第３の誘電体層７３の厚みT3が厚いほどバックローブは小さくなるが、ある程度厚くなると、それ以上はバックローブは変化しない。
In the conventional antenna shown in FIG. 2 (a), the thickness T1 of the dielectric layer is ideally a quarter wavelength, but in practice it is set to less than one-tenth for miniaturization and thinning. Has been. As shown in FIG. 2D, the antenna of the present invention is obtained by adding two dielectric layers thereon, and the backlobe decreases as the thickness T3 of the
更に、第２の誘電体層７２の比誘電率εr2が1のため、第１の誘電体層７１と放射パターンの寸法は、図２（ａ）のアンテナと同じで、インピーダンス整合を確保できるが、第２の誘電体層７２の厚みT2が薄過ぎると、アンテナの共振周波数が影響を受け、インピーダンス整合が取れない。逆に、T2が厚すぎると、バックローブを小さくする効果は現れない。
Further, since the relative dielectric constant εr2 of the
そこで前記厚みＴ２，Ｔ３および比誘電率εｒ３の最適化条件を次のような試験により求めた。試験条件は、Ｔ１＝３ｍｍ，εｒ１＝３０、Ｔ２＝０〜１０ｍｍ，εｒ２＝１、Ｔ３＝１、３ｍｍ，εｒ３＝１２．６、９３とし、この条件のパッチアンテナのメインローブ利得、サイドローブ利得、バックローブ利得を各々調べ、さらに当該パッチアンテナを用いて図３（ａ）のようにＧＰＳモジュールとし、そのＧＰＳモジュールを図１０のように携帯情報端末３０に搭載したときのＧＰＳ感度を調べた。それらの結果を次の表１〜表４に示す。
Therefore, optimization conditions for the thicknesses T2 and T3 and the relative dielectric constant εr3 were determined by the following test. The test conditions are T1 = 3 mm, εr1 = 30, T2 = 0 to 10 mm, εr2 = 1, T3 = 1, 3 mm, εr3 = 12.6, 93, and the main lobe gain and sidelobe gain of the patch antenna under these conditions Each of the back lobe gains was examined, and the patch antenna was used to make a GPS module as shown in FIG. 3A, and the GPS sensitivity when the GPS module was mounted on the
また表１〜表４の結果をグラフ化したものが図５〜図８である。 Moreover, what plotted the result of Table 1-Table 4 is FIGS. 5-8.
尚この試験におけるサイドローブ利得は、パッチアンテナの主放射方向に対し、９０°方向の放射利得とする。 The side lobe gain in this test is a radiation gain in the direction of 90 ° with respect to the main radiation direction of the patch antenna.
表１〜表４において、メインローブ利得が高いほど、ＧＰＳの受信感度は向上する（感度値としては低い値となる）が、サイドローブ、バックローブの利得が高いと、ＧＰＳ周辺の雑音、特に、ＧＰＳを搭載する携帯情報端末のセットの回路から出るディジタル雑音を拾って、受信感度は劣化する。 In Tables 1 to 4, the higher the main lobe gain, the higher the GPS reception sensitivity (the sensitivity value becomes lower). However, when the side lobe and back lobe gains are high, noise around the GPS, especially The reception sensitivity is deteriorated by picking up digital noise from a circuit of a set of portable information terminals equipped with GPS.
したがって、メインローブ利得が高く、サイドローブ、バックローブの利得が低いアンテナが、目指すアンテナとなる。 Therefore, an antenna having a high main lobe gain and a low side lobe / back lobe gain is a target antenna.
サイドローブ、バックローブ共に、Ｔ２厚みが薄くなり、第３の誘電体層７３が第１の誘電体層７１に近づくほど、利得が低くなり、セット雑音の影響は受け難くなるが、あまりＴ２が薄いと、パッチアンテナ部の共振周波数が所定周波数（ＧＰＳでは１５７５．４２ＭＨZ）からずれてしまい、メインローブの利得が下がってしまう。そのトレードオフの結果、ＧＰＳ感度が最も良いのはＴ２＝３〜５ｍｍくらい、すなわち、管内波長の１．５〜２．６％（管内波長λｇ＝λ０／√εｒ２＝１９０ｍｍ）である。
For both the side lobe and the back lobe, the thickness of T2 is reduced, and the closer the
前述したメイン／サイド／バックローブの利得、及びＧＰＳ受信感度に対する第３の誘電体層７３の影響は，εｒ３＝１２．６ではほとんど確認できなかった。
The influence of the
したがって比誘電率εｒ３は、εｒ３≧約７０、且つεｒ３≧（εｒ１の約３倍）であることが望ましい。 Therefore, it is desirable that the relative dielectric constant εr3 is εr3 ≧ about 70 and εr3 ≧ (about 3 times εr1).
また、Ｔ３が３ｍｍ、即ち管内波長の約１５％の時（管内波長λｇ＝λ０／√εｒ３＝５４ｍｍ）、メインローブ利得をあまり劣化させず、且つバックロール利得を大きく抑圧できるという、理想的なアンテナが実現できる。 Also, when T3 is 3 mm, that is, about 15% of the guide wavelength (guide wavelength λg = λ0 / √εr3 = 54 mm), the main lobe gain is not deteriorated so much and the back roll gain can be greatly suppressed. An antenna can be realized.
理論的には、第３の誘電体層７３の厚みＴ３がλｇ／４の時に、最もメインローブ利得が良くなるはずであるが、これはＴ３がλｇ／４に達しなくても、ある程度厚ければ、充分に利得と、受信感度を得られるアンテナを実現できることを示している。
Theoretically, when the thickness T3 of the
尚前記第２の誘電体層７２は、その比誘電率εｒ２が１のため、前記実施例のように、low-ｋの低誘電体を使用しなくても、空気層でも良い。このため第３の誘電体層７３を、第１の誘電体層７１から浮かせて固定するだけでも良い。
Since the
１０…モジュール、２１…放射板、２２…接地導体板、２４…給電線、２５…給電点、３０…携帯情報端末、７０…パッチアンテナ、７１…第１の誘電体層、７２…第２の誘電体層、７３…第３の誘電体層、８０ａ，８０ｂ…ＧＰＳ無線通信モジュール。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
前記放射板と接地導体板間に第１の誘電体層を形成し、
前記放射板上に使用波長の１／１０以下の厚みの、前記第１の誘電体層よりも低誘電率の第２の誘電体層を形成し、
前記第２の誘電体層上に使用波長の１／５〜１／１０の厚みの、前記第１の誘電体層よりも高誘電率の第３の誘電体層を形成した
ことを特徴とするパッチアンテナ。 A patch antenna having a radiation plate and a ground conductor plate,
Forming a first dielectric layer between the radiation plate and the ground conductor plate;
Forming a second dielectric layer having a lower dielectric constant than the first dielectric layer and having a thickness of 1/10 or less of the wavelength used on the radiation plate;
A third dielectric layer having a dielectric constant higher than that of the first dielectric layer and having a thickness of 1/5 to 1/10 of a wavelength used is formed on the second dielectric layer. Patch antenna.
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