JP2010220266A - アンテナ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】平行に素子間隔Dで配列されたパッチアンテナ素子1A,1Bを具備する。各パッチアンテナ素子1A(1B)は、電極3A,4A(3B,4B)を誘電体基体2A(2B)の対向する正面2Aa(2Ba)と背面2Ab(2Bb)とにそれぞれ設けて形成した素子である。そして、パッチアンテナ素子1Aを給電素子とし、パッチアンテナ素子1Bを無給電素子とした。これにより、リアクタンス回路5によってパッチアンテナ素子1B側からの電波の位相や振幅を調整すると共に素子間隔Dを適宜設定することで、パッチアンテナ素子1Aの正面方向への利得を増大させると共に背面方向の電波を抑圧して、F/B比を増大させる。
【選択図】図14
Description
かかる構成のパッチアンテナ素子は、薄型化が可能で且つ高利得が得られるだけでなく、同軸線路やマイクロストリップ線路等の不平衡回路との相性が良く、これらの回路に容易に整合させることができる等の多くのメリットがある。
このことから、パッチアンテナ素子はRFIDのハンディターミナルやその他の送受信機に広く使用されている(例えば、特許文献1参照)。
かかるアンテナ装置は、平面的構成を採っているのが、一般的である。すなわち、複数の放射電極を1枚の誘電体基体の広い表面に平面的に配列し、同軸ケーブルを誘電体基体の裏面側から各放射電極に接続して、給電部からの電力をこの同軸ケーブルを通じて各放射電極に給電したり、又はストリップラインを誘電体基体の裏面等に設けて、給電部からの電力をこのストリップラインを通じて各放射電極に電磁結合させることで、放射電極からの電波を誘電体基体表面に対して垂直な正面方向に放射する。
パッチアンテナ素子を小型化する場合には、誘電体基体の比誘電率を高くする方法がとられる。しかし、誘電体基体の比誘電率を高くして、アンテナ電極のサイズを小さくすると共に、グランド電極のサイズをも小さくしようとすると、背面のグランド側への放射が増加し、正面側への放射利得が減少してしまう。
すなわち、パッチアンテナ素子を小型化すると、F/B比(Front to Back ratio)が劣化し、急激に正面方向の利得が低下するという不具合が生じる。
したがって、高誘電率基体を用いたパッチアンテナ素子において、所望の利得やF/B比を得ようとすると、グランドサイズを半波長程度以上に設定しなければならず、パッチアンテナ素子の小型化が困難であった。
このように、従来のパッチアンテナによるパッチアンテナ素子では、利得やF/B比の増加と装置の小型化との両方を同時に得ることができなかった。
かかる構成により、給電素子である一方のパッチアンテナ素子に給電すると、所定周波数の電磁波が、パッチアンテナ素子から放射される。そして、他方のパッチアンテナ素子と電磁結合して、他方のパッチアンテナ素子が当該所定周波数で共振する。
このとき、他方のパッチアンテナ素子自体のリアクタンス値や1対のパッチアンテナ素子の間隔を適宜設定することで、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波を一方のパッチアンテナ素子から他方のパッチアンテナ素子に向かう電磁波と干渉させることができる。
具体的には、リアクタンス値を適宜設定することで、他方のパッチアンテナ素子から放射される電磁波の位相や振幅を変えると共に、1対のパッチアンテナ素子の間隔を波長に対応させて設定することで、一方のパッチアンテナ素子から正面方向に放射する電磁波の利得を高くすることができると共に、背面方向に存する電磁波を減衰させて、F/B比を高めることができる。
かかる構成により、給電部から一方のパッチアンテナ素子の第1の電極に給電すると、所定周波数の電磁波が、第1の電極から放射される。このとき、第1の電極と第2の電極の幅がそれぞれその長さの4分の1以下に設定され、しかも、誘電体基体の正面及び背面の幅もこれら第1及び第2の電極のそれぞれの幅に等しく設定されているので、パッチアンテナ素子全体の小型化は図られているが、パッチアンテナ素子の利得が低下するおそれがある。しかし、このパッチアンテナ素子では、誘電体基体の厚さが当該幅の1倍以上に設定されているので、利得の低下が抑えられ、十分な利得を確保することができる。
かかる構成により、無給電素子であるパッチアンテナ素子に接続されたリアクタンス回路のリアクタンス値を変えることで、パッチアンテナ素子自体を大きくすることなく、無給電素子側のリアクタンス値を大きくすることができる。
図1は、参考技術例1に係るパッチアンテナ素子を示す斜視図であり、図2は、図1のパッチアンテナ素子の縦断面図であり、図3は、図1のパッチアンテナ素子の横断面図であり、図4は、図1のパッチアンテナ素子の展開図である。
図1に示すように、この参考技術例のパッチアンテナ素子1は、誘電体基体2と第1の電極3と第2の電極4とを備えている。
第1及び第2の電極3,4は、図4に示すように、誘電体基体2の正面2a,背面2bの全面にそれぞれ設けられている。すなわち、この参考技術例では、誘電体基体2の正面2a,背面2bの幅を、第1及び第2の電極3,4の幅Wに等しく設定している。さらに、この参考技術例では、誘電体基体2の厚さTを、第1及び第2の電極3,4の幅Wの1倍以上に設定して、誘電体基体2に厚みを持たせている。
具体的には、図2に示すように、第1の電極3に至る孔2g,4aを誘電体基体2,第2の電極4にそれぞれ開け、同軸ケーブル120の内部導体121をこれら孔2g,4aに挿通させて、第1の電極3に接続し、第1の電極3を給電部100に電気的に接続した。また、同軸ケーブル120の外部導体122は第2の電極4に接続した。
かかる第1の電極3の幅Wは、励振方向を向く第1の電極3の長さLの4分の1以下に設定した。
すなわち、この参考技術例のパッチアンテナ素子1は、細長い直方体状に形成されており、従来型の正方形のパッチアンテナ素子よりも、小型に形成されている。
図5は、従来型のパッチアンテナ素子を示す斜視図であり、図6は、従来型のパッチアンテナ素子とその電流分布を模式的に示す正面図である。
図5に示すように、従来のパッチアンテナ素子1′では、正方形状の第1の電極3′が誘電体基体2′の正面に配されると共に、第2の電極4′が誘電体基体2′の裏面に配された構成を成しており、所定周波数の電力を給電部100から第1の電極3′に給電することで、所定の共振周波数の電磁波を正面側に放射するようになっている。
しかし、このようなパッチアンテナ素子1′では、例えば、第1の電極3′の幅W及び長さLが共に同一の長さに設定され、占有面積が大きい。しかも、図6に示すように、第1の電極3′の励振時における電流が、第1の電極3′の側辺3′a側寄りのIで示す領域に集中する。すなわち、破線で示すように、電流は、第1の電極3′の中央部3′b側にはあまり流れないため、第1の電極3′の中央部3′bが励振に寄与せずに遊んだ状態になっている。
そこで、発明者は、この遊びの部分をなくして、パッチアンテナ素子の小型化を図るべく、考察を行った。
図7は、電極の幅と誘電体基体の厚みとの関係を説明するための斜視図である。
図7の(a)に示すように、第1の電極3′と第2の電極4′との幅Wを狭くして、図6に示す電流の余り流れない領域3′bをなくすことで、パッチアンテナ素子1′の小型化を図ることができる。
しかし、このパッチアンテナ素子1′では、第2の電極4′の幅Wも狭くするため、第1の電極3′に分布する電流Iも小さくなり、正面方向への利得が低下してしまう。そこで、図7の(b)に示すように、第1の電極3′の幅Wに対応させて、誘電体基体2′の厚さTを厚くすることにより、第1の電極3′に分布する電流Iを大きくすることができ、この結果、正面方向への利得を高くすることが考えられる。
しかしながら、小型にするために、電極3′,4′の幅Wを余り小さくすると、利得を得るために、誘電体基体2′の厚さTを厚くしなければならず、結局、パッチアンテナ素子1′が厚さ方向に大型化してしまう。かといって、誘電体基体2′の厚さTをあまり厚くしないようにすると、電極3′,4′の幅Wを大きくしなければならず、結局、パッチアンテナ素子1′が幅方向に大型化してしまう。
そこで、発明者は、第1の電極3′の幅Wや誘電体基体2′の厚さTをどのような範囲に設定すると、その体積が、従来型のパッチアンテナ素子よりも小さく、しかも利得が従来型の利得以上になるかを、次のようなシミュレーションを用いて考察した。
発明者は、パッチアンテナ素子1の誘電体基体2として、比誘電率が6.4、誘電損失(tanδ)が0.002の誘電体を用い、その長さLを80mmに設定した。すなわち、第1及び第2の電極3,4及び誘電体基体2の長さLが80mmのパッチアンテナ素子1を用い、周波数910MHzの電力を給電した。そして、パッチアンテナ素子1の幅W(第1及び第2の電極3,4及び誘電体基体2の幅)と厚さT(誘電体基体2の厚さ)を変えながら、パッチアンテナ素子1の各利得をシミュレーションしたところ、図8の利得曲線G1〜G4で示すような結果を得た。ここで、利得曲線G1,G2,G3,G4は、1dBi,2dBi,3dBi,3.5dBiの各利得における幅Wと厚さTとの関係を示し、領域Jは、従来型のパッチアンテナ素子が採っている幅W及び厚さTの範囲を示し、領域Hは、この参考技術例のパッチアンテナ素子が採る幅W及び厚さTの範囲を示す。
図8の領域Jで示すように、従来型のパッチアンテナ素子では、3dBiの利得を得ようとすると、幅Wが約65mm以上で厚さTが約8mm程度必要があり、その体積は、最低でも約41.6ccになる。これに対して、領域Hで示すように、幅Wを長さ80mmの4分の1以下で、厚さTを幅W以上に設定したパッチアンテナ素子1において、3dBiの利得を得るには、幅Wが20mmで厚さTが約20mm程度であればよく、その体積は、約32cc程度でよい。すなわち、長さ80mmのパッチアンテナ素子1において、幅Wを長さの4分の1以下で、厚さTを幅W以上に設定することで、同じ利得を得ながら、その体積を従来型のパッチアンテナ素子の体積に対して約25パーセント以上も削減することができることを確認した。
次に、発明者は、上記と同様の比誘電率,誘電損失及び長さを有した誘電体基体2と第1及び第2の電極3,4とを備えたパッチアンテナ素子1を用い、周波数910MHzの電力を給電した。そして、幅Wと厚さTを変えながら、パッチアンテナ素子1の各効率をシミュレーションしたところ、図9の効率曲線E1〜E3で示すような結果を得た。ここで、効率曲線E1,E2,E3は、70%,80%,90%の各効率における幅Wと厚さTとの関係を示す。
図9の領域Jで示すように、従来型のパッチアンテナ素子では、90%の効率を得ようとすると、幅Wが約70mm以上で厚さTが約10mm程度必要があり、その体積は、最低でも約56ccになる。これに対して、領域Hで示すように、幅Wを長さ80mmの4分の1以下で、厚さTを幅W以上に設定したパッチアンテナ素子1において、90%の効率を得るには、幅Wが20mmで厚さTが約25mm程度であればよく、その体積は、最高でも約40cc程度でよい。すなわち、長さ80mmのパッチアンテナ素子1において、幅Wを長さの4分の1以下で、厚さTを幅W以上に設定することで、同じ効率を得ながら、その体積を従来型のパッチアンテナ素子の体積に対して約29パーセント以上も削減することができることを確認した。
発明者は、このようなシミュレーションの結果を踏まえて考察した結果、パッチアンテナ素子1の厚さTを、幅Wの1倍以上に設定し、幅Wを、長さLの4分の1以下に設定することで、3dBi利得及び90%効率という従来型のパッチアンテナ素子と同じ利得及び効率で、従来型のパッチアンテナ素子よりも小型にすることができるという結論に達した。
そこで、この参考技術例では、上記したように、パッチアンテナ素子1の誘電体基体2の厚さTを第1及び第2の電極3,4の幅Wの1倍以上に設定し、第1及び第2の電極3,4の幅Wを、第1及び第2の電極3,4の長さLの4分の1以下に設定した。
図10は、この参考技術例のパッチアンテナ素子1が示す作用及び効果を説明するための断面図である。
図10に示すように、所定周波数の電力W0を給電部100から同軸ケーブル120を通じて第1の電極3に給電すると、第1の電極3が放射電極として機能し、また、接地された同軸ケーブル120の外部導体122に接続された第2の電極4が、グランド電極として機能する。この結果、第1の電極3で励振された所定周波数の電磁波Vが、正面側(図10の左側)に放射されることとなる。
このとき、第1及び第2の電極3,4の幅Wがそれぞれその長さLの4分の1以下に設定され、しかも、誘電体基体2の正面2a及び背面2bの幅もこれら第1及び第2の電極3,4の幅Wに等しく設定されているので、パッチアンテナ素子1全体の小型化は図られている。したがって、電子部品が高密度実装され、アンテナ実装領域が狭いRFIDのハンディターミナルやその他の送受信機においても、このパッチアンテナ素子1は容易に実装することができる。しかも、誘電体基体2の厚さTが第1及び第2の電極3,4の幅Wの1倍以上に設定されているので、第1の電極3から放射される電磁波Vの利得の低下がない。このため、十分な利得の電磁波Vが、パッチアンテナ素子1の正面方向に放射される。
このように、この参考技術例のパッチアンテナ素子1によれば、小型でありながら、正面方向への高い利得を得ることができる。
次に、参考技術例2について説明する。
図11は、参考技術例2に係るパッチアンテナ素子を示す斜視図である。
この参考技術例は、第1及び第2の電極3,4の長さが異なる点が、上記参考技術例1と異なる。
図11に示すように、この参考技術例のパッチアンテナ素子1′′では、第2の電極4の長さを第1の電極3の長さ(L)よりも長く設定した。具体的には、第1の電極3の長さL及び幅Wは、上記参考技術例1と同様であるが、第2の電極4の長さを参考技術例1の場合よりも、長く設定し、第2の電極4の長さを誘電体基体2の背面2bの長さLよりも長い長さ(L+L2×2)にした。そして、第2の電極4の両端部41,42を折り曲げて、誘電体基体2の両端面2e,2fに配設した。
また、グランド電極として機能する第2の電極4の長さを長くすることで、第1の電極3から背面側(第2の電極4側)に向かう電磁波を低減させることができる。これにより、パッチアンテナ素子の小型化を保持しつつ、F/B比を高め、その結果、正面方向(第1の電極3の左方向)への利得を高めることができる。
しかしながら、パッチアンテナ素子1′′の利得やF/B比及び帯域といった放射特性は、第2の電極4の長さによって異なる。したがって、これら利得やF/B比及び帯域等を考慮して、最適なパッチアンテナ素子1′′を設計する必要がある。
図12は、第2の電極4の長さの変化の態様を示す斜視図であり、図13は、第2の電極4の長さと利得,F/B比及び帯域との相関関係を示す線図である。
図12の(a),(b),(c),(d)及び(e)は、折り曲げ部41,42の長さを含む第2の電極4の全長L+L2×2をそれぞれ、101mm,108mm,114mm,130mm及び140mmに設定したときのパッチアンテナ素子1′′を示している。かかるパッチアンテナ素子1′′において、特定の周波数で負荷との整合を図るため、折り曲げ部31,32を含む第1の電極3の全長L+L1×2は、第2の電極4が長くなるに従って、短くなるように設定する。
シミュレーションは、図12の(a)〜(e)に示す第2の電極4の各長さを有するパッチアンテナ素子1′′と、第2の電極4の全長が104mm,113mm,116mm,120mmのパッチアンテナ素子1′′との各装置について、周波数910MHzの電力を供給し、第2の電極4の各長さにおける利得,F/B比及び帯域を測定した。
すると、図13の利得曲線S1で示すように、第2の電極4の全長が108mm付近の時に、利得が最大となった。また、F/B比曲線S2で示すように、F/B比は、第2の電極4の全長が114mm〜130mmのあたりで、大きくなっている。そして、帯域曲線S3で示すように、帯域は、第2の電極4の全長が長くなるに従って広がっていった。しかし、帯域に関しては、第2の電極4を長くする程広がるが、それに反して、利得やF/B比が低下し、また、50Ω負荷との整合も得にくくなるので、第2の電極4の長さを140mm以上に設定する利点はほとんどない。
以上のシミュレーションの結果から、比誘電率が6.4、誘電損失が0.002、長さL,幅W及び厚さTがそれぞれ80mm,10mm,30mmの誘電体基体2を使用する場合には、第2の電極4の長さを108mm〜130mm以内(図12の(b)〜(d)の態様)に設定することが、利得,F/B比及び帯域の面から好ましいといえる。
その他の構成、作用及び効果は、上記参考技術例1と同様であるので、その記載は省略する。
ここで、この発明の実施例に係るアンテナ装置について説明する。
図14は、この発明の一実施例に係るアンテナ装置を示す概略斜視図であり、図15は、パッチアンテナ素子の展開図であり、図16は、給電素子であるパッチアンテナ素子の概略断面図であり、図17は、無給電素子であるパッチアンテナ素子の概略断面図である。
この実施例では、上記参考技術例1のパッチアンテナ素子1を1対のパッチアンテナ素子として用いた。そこで、理解を容易にするため、給電素子であるパッチアンテナ素子自体及びその構成部分には「A」を付した符号を用い、無給電素子であるパッチアンテナ素子自体及びその構成部分には「B」を付した符号を用いた。なお、図11及び図12に示したパッチアンテナ素子もパッチアンテナ素子1A,1Bとして用いることができることは勿論である。
すなわち、パッチアンテナ素子1A(1B)は、電極3A,4A(3B,4B)を直方体状の誘電体基体2A(2B)の対向する正面2Aa(2Ba)と背面2Ab(2Bb)とにそれぞれ設けることで、形成されている。
そして、図15に示すように、誘電体基体2A(2B)が、正面2Aa(2Ba)と背面2Ab(2Bb)と側面2Ac(2Bc)及び2Ad(2Bd)と端面2Ae(2Be)及び2Af(2Bf)とを有し、電極3A,4A(3B,4B)が正面2Aa(2Ba),背面2Ab(2Bb)の略全面に形成されている。
給電素子であるパッチアンテナ素子1Aには、給電部100から引き出された同軸ケーブル120が接続されている。
具体的には、図16に示すように、パッチアンテナ素子1Aの電極3Aに至る孔2Ag,4Aaを誘電体基体2Aと電極4Aとに開け、同軸ケーブル120の内部導体121をこの孔2Ag,4Aaに挿通させて、電極3Aに接続した。また、同軸ケーブル120の外部導体122は電極4Aに接続した。
具体的には、図17に示すように、パッチアンテナ素子1Bの電極3Bに至る孔2Bg,4Baを誘電体基体2Bと電極4Bとに開け、導線130をこの孔2Bg,4Baに挿通させて、その一方端を電極3Bに接続すると共に、他方端をリアクタンス回路5の入力端に接続した。そして、リアクタンス回路5の出力端を導線131に接続させると共に、この導線131を接地された背面側の電極4Bに接続した。
また、この実施例では、無給電素子であるパッチアンテナ素子1Bを、給電素子であるパッチアンテナ素子1Aの放射方向に対して逆側の位置に配した。
具体的には、アンテナ装置200は、電磁波の放射方向をパッチアンテナ素子1Aの電極3A側に設定しており、この方向への電磁波の利得を高めるべく、パッチアンテナ素子1Bを、パッチアンテナ素子1Aの電磁波の放射方向の逆側、すなわち、パッチアンテナ素子1Aの図14の右側に間隔Dだけ離して配置した。
そして、パッチアンテナ素子1A,1Bの間隔Dを、UHF帯の使用周波数における自由空間波長の0.12倍以上0.30倍以下に設定した。
図18は、この実施例のアンテナ装置200が示す作用及び効果を説明するための概略側面図である。
図18に示すように、所定周波数の信号を給電部100から同軸ケーブル120を介してパッチアンテナ素子1Aに給電すると、パッチアンテナ素子1Aが励振し、実線で示すように、所定周波数の電磁波V2が、パッチアンテナ素子1Aの電極3A,4Aからパッチアンテナ素子1Aの正面側と背面側とに放射される。
そして、電極4A側から放射された電磁波V2が、パッチアンテナ素子1Bと電磁結合して、パッチアンテナ素子1Bが当該所定の周波数で共振し、破線で示すように、電磁波V3を電極3B,4Bからパッチアンテナ素子1Bの正面側と背面側に放射する。この電磁波V3の位相や振幅は、パッチアンテナ素子1Bのリアクタンス回路5のリアクタンス値とパッチアンテナ素子1A,1Bの素子間隔Dとを適宜設定することで、調整することができる。
したがって、パッチアンテナ素子1Bの電磁波V3の位相や振幅を適宜調整することで、パッチアンテナ素子1Bの背面側に向かう電磁波V3とパッチアンテナ素子1Aからの電磁波V2とを干渉させて、抑圧することができる。そして、パッチアンテナ素子1Bの正面側に向かう電磁波V3とパッチアンテナ素子1Aの正面側に放射される電磁波V2とを干渉させることで、強め合わせることができる。
これにより、アンテナ装置200の正面方向(図18の左方向)の電磁波の利得を高めることができると共に、アンテナ装置200の正面方向の電磁波の利得と背面方向の電磁波の利得の比であるF/B比をも高めることができる。
図19は、素子間隔Dと利得との相関図であり、図20は、素子間隔DとF/B比との相関図である。
この実験では、誘電体基体2A,2Bの比誘電率が6.4で、幅W,長さL及び厚さTが15mm,80mm及び15mmのパッチアンテナ素子1A,1Bを構成し、周波数920MHzの信号を給電部100からパッチアンテナ素子1Aに給電した。そして、パッチアンテナ素子1A,1Bの素子間隔Dを変化させて、各素子間隔Dでの利得とF/B比とを解析したところ、図19及び図20に示す曲線S4で示す結果を得た。
なお、この実験における素子間隔Dは、使用周波数920MHzにおける波長の倍数を示している。
図19の曲線S4から明らかなように、このアンテナ装置200では、素子間隔Dを波長の0.12倍〜0.30倍に設定することで、約5dB以上の利得を得ることが確認された。
また、F/B比においても、図20の曲線S4で示すように、素子間隔Dを波長の0.12倍〜0.30倍に設定することで、約7.5dB以上を得ることができた。
具体的には、誘電体基体2A,2Bの比誘電率を3Aに設定し、パッチアンテナ素子1A,1Bの幅W,長さL及び厚さTを15mm,55mm及び10mmに設定して、上記と同様の実験を行ったところ、図19の曲線S5で示すように、素子間隔Dが波長の0.12倍〜0.30倍の範囲で、約4dB以上の利得を得ることができると共に、図20の曲線S5で示すように、約6dB以上のF/B比を得ることができた。
さらに、誘電体基体2A,2Bの比誘電率を38に上げ、パッチアンテナ素子1A,1Bの幅W,長さL及び厚さTを10mm,40mm及び15mmに設定して、上記と同様の実験を行ったところ、図19の曲線S6で示すように、素子間隔Dが波長の0.12倍〜0.30倍の範囲で、約3dB以上の利得を得ることができると共に、図20の曲線S6で示すように、約5dB以上のF/B比を得ることができた。
すなわち、この実施例のアンテナ装置200によれば、パッチアンテナ素子1A,1Bの素子間隔Dを使用周波数における波長の0.12倍〜0.30倍の範囲に設定することで、長さが40mmという超小型のパッチアンテナ素子1A,1Bを用いても、約3dB以上の利得と約5dB以上のF/B比を得ることが確認された。
図21は、リアクタンス値及び素子間隔Dと利得との相関図であり、図22は、リアクタンス値及び素子間隔DとF/B比との相関図である。
この実験では、誘電体基体2A,2Bの比誘電率が6.4で、幅W,長さL及び厚さTが15mm,80mm及び15mmのパッチアンテナ素子1A,1Bを構成し、周波数920MHzの信号を給電部100からパッチアンテナ素子1Aに給電した。そして、パッチアンテナ素子1Bのリアクタンス回路5のリアクタンス値を変化させながら、各素子間隔Dにおける利得とF/B比とを解析した。
すると、図21及び図22の曲面Sg,Sfbで示す結果を得た。
図21の曲面Sgから明らかなように、リアクタンス回路5のリアクタンス値を概ねj1.0Ω付近の値に設定すると、6dB以上の利得を得ることができる。通常、同じサイズの単体のパッチアンテナ素子を用いた場合には、3〜4dB程度が限度であるのに対して、この実施例のアンテナ装置200では、同じ大きさで2〜3dB程度高い利得を得ることができる。
また、図22の曲面Sfbから明らかなように、リアクタンス回路5のリアクタンス値を概ねj1.0Ω付近の値に設定すると、10dB以上のF/B比を得ることができる。しかも、リアクタンス回路5のリアクタンス値と素子間隔Dとを最適値に設定することで、20dB以上のF/B比を得ることができる。
また、素子として、パッチアンテナ素子1A,1Bを用いるため、同軸線路等の不平衡回路との整合が容易であり、信号を給電部100からアンテナ装置200に効率よく給電することができる。
さらに、パッチアンテナ素子1A,1Bのうちのパッチアンテナ素子1Bを無給電の非励振素子としたので、パッチアンテナ素子1A,1Bの双方を励振素子とするアンテナに比べると、信号の分配回路等を必要としない分、構造が簡単となり、アンテナ装置200自体のコストを低廉化することができる。
その他の構成、作用及び効果は、上記参考技術例1,2と同様であるので、その記載は省略する。
また、上記実施例及び参考技術例では、電極4を電極3よりも長くして、その両端部41,42を誘電体基体2の両端面2e,2fに折り曲げて配置した例を示した。しかし、電極3,4の少なくとも一方の長さを誘電体基体2の正面2a,背面2bの長さよりも長く設定し、その電極を両端面2e,2fに折り曲げて配置することもできる。したがって、電極3を電極4よりも長くして、その両端部を折り曲げて誘電体基体2の両端面2e,2fに配置したものを有するアンテナ装置も、この発明の範囲に含まれる。
例えば、図26に示すように、同軸ケーブル120をパッチアンテナ素子1(パッチアンテナ素子1A)の側面に接続することにより、誘電体基体2(2A)や電極4(4A)に孔を開けることなく、給電することができる。すなわち、電極3,4(3A,4A)の延出部33,43を誘電体基体2(2A)の側面2d(2Ad)上に形成し、同軸ケーブル120の内部導体121を電極3(3A)の延出部33に接続すると共に、外部導体122を電極4(4A)の延出部43に接続することで、給電部100からパッチアンテナ素子1(パッチアンテナ素子1A)に給電することができる。
また、同軸ケーブル120を用いずに電磁結合を用いて、給電部100からパッチアンテナ素子1(パッチアンテナ素子1A)に給電することもできる。
したがって、図27に示すようなパッチアンテナ素子1A,1Bの配列を有したアンテナ装置であっても、上記実施例のアンテナ装置と同様の作用及び効果を奏する。すなわち、図27(a)に示すように、パッチアンテナ素子1Aを通常とは逆向きにしたり、同図(b)に示すように、パッチアンテナ素子1Bを通常とは逆向きにし、また、同図(c)に示すように、パッチアンテナ素子1A,1Bの双方を通常と逆向きにしても、上記実施例のアンテナ装置と同様の特性を発揮する。そして、これらの配列を有したアンテナ装置もこの発明の範囲内に含まれる。
Claims (5)
- 第1の電極及び第2の電極を誘電体基体の少なくとも対向する概略平行な二面にそれぞれ設けて形成したパッチアンテナ素子を、1対設け、これら1対のパッチアンテナ素子の一方のパッチアンテナ素子の第2の電極と他方のパッチアンテナ素子の第1の電極とが向き合うように平行に所定間隔で配列し、
上記一方のパッチアンテナ素子に給電して給電素子とすると共に、上記他方のパッチアンテナ素子を無給電素子とした、
ことを特徴とするアンテナ装置。 - 上記パッチアンテナ素子は、
正面と背面とが互いに対向し且つこれら正面及び背面に垂直な断面がほぼ長方形状をなす上記誘電体基体と、当該誘電体基体の正面に形成され且つ上記給電部に接続された上記第1の電極と、当該誘電体基体の背面に形成された上記第2の電極とを備え、
上記第1の電極の幅を、励振方向を向く当該第1の電極の長さの4分の1以下に設定すると共に、上記第2の電極の幅を、励振方向を向く当該第2の電極の長さの4分の1以下に設定し、
上記誘電体基体の正面及び背面のそれぞれの幅を、上記第1及び第2の電極のそれぞれの幅に等しく設定すると共に、当該誘電体基体の厚さを当該幅の1倍以上に設定した、
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 - 上記パッチアンテナ素子の第1又は第2の電極の少なくとも一方の長さを、上記誘電体基体の正面又は背面の長さよりも長く設定し、その長さ方向の両端部を折り曲げて、当該誘電体基体の両端面に配設した、
ことを特徴とする請求項2に記載のアンテナ装置。 - 上記パッチアンテナ素子の第2の電極の長さを、上記第1の電極の長さよりも長く設定した、
ことを特徴とする請求項3に記載のアンテナ装置。 - 上記無給電素子であるパッチアンテナ素子の第1の電極にリアクタンス回路の入力端を接続すると共に第2の電極に出力端を接続することにより、当該パッチアンテナ素子に当該リアクタンス回路を接続して終端した、
ことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載のアンテナ装置。
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