JPH01316007A - マイクロストリップパッチアンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は小型、軒量のプリントアンテナに関し、特に移
動体通信に好適なマイクロストリップパッチアンテナに
係る。

［従来の技術］ 近年のアンテナ装置の小型、軽量化の進展は著しく、プ
リント基板に放射素子を形成して超短波帯あるいは極超
短波帯域用の各種のマイクロストリップアンテナを構成
するに至っている。このマイクロストリップアンテナの
中で、円形、方形等の平板導体からなる開放形平面回路
の共振素子を放射素子として用いたマイクロストリップ
パッチアンテナ（以下、単にパッチアンテナという）が
注目されている。これは平板状誘電体のプリント基板の
裏面に設けた平板導体の接地板と、表面にエツチング等
のプリント技術により形成した円形、方形等の平板導体
のパッチを備え、このパッチに給電線を接続すると共に
、接地板に接地線を接続したものである。このパッチア
ンテナの放射指向特性は、プリント基板の面をＸ軸−ｙ
軸としてＺ軸方向（即ち、天頂方向）を最大指向性係数
とする単向性の指向性パターンとなっている。

一方、上記パッチアンテナの給電法として、第１６図に
示したように、パッチ４０と接地板３０との間を複数の
ショートピン５０で接続する技術が提案されている。こ
れによれば、指向性パターンはＺ軸に対して水平面内で
軸対象となり、移動通信用アンテナに適すとされている
。

また、特公昭６０−４０２０３号公報には放射導体素子
の板面中心と接地導体とを短絡すると共に、放射導体素
子に対し複数の給電点を設けたマイクロストリップアン
テナが開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ 上記公報に記載のマイクロストリップアンテナにおいて
は、放射素子を楕円形状とし給電点及び短絡点を所定位
置に特定することにより異なる周波数に共振する二つの
入出力端子を構成することとしているが、短絡点は一個
所であり、指向性については特に言及されていない。

自動車電話等の移動体通信においては送受信の方向が定
まらないので、自動車等の移動体の移動方向に拘らず常
に安定した利得で送受信できるようにすることが望まれ
る。この対策として、送受信装置の改良も必要であるが
アンテナの指向特性を水平面全方向性とすることが肝要
である。

前述の従来技術によれば、パッチアンテナにおいてパッ
チと接地板間をショートピンで接続することにより水平
面内無指向性（水平面全方向性）とすることができると
されているものの、ショートピンの設置位置あるいは移
動体搭載時の適合性については今後の課題とされている
。又、ショートピンを設けることが有効であるとしても
、パッチアンテナ製造時において設置位置の特定、設置
方法等解決すべき課題が多い。

そこで本発明はパッチアンテナにおいて、簡単な構造で
水平面全方向性の指向特性を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明は平板導体から成る
接地板と、該接地板の外周縁内で板面に平行に所定間隙
を以って配置した平板導体から成るパッチと、該パッチ
に接続した給電線と、前記接地板に接続した接地線とを
備えたマイクロストリップパッチアンテナにおいて、前
記パッチの外周縁の少くとも一部を前記接地板に導通接
続したものである。

そして、好ましくは、平板導体から成る接地板と、該接
地板の外周縁内で板面に平行に所定間隙を以りて配置し
た円板導体から成る円形パッチと、該円形パッチに接続
した給電線と、前記接地板に接続した接地線とを備えた
マイクロストリップパッチアンテナにおいて、前記給電
線を前記円形パッチの板面中心から偏位した給電点に接
続し該給電点を通る前記円形パッチの半径と前記円形パ
ッチの外周縁の交点を含む前記円形パッチの外周縁の所
定範囲内の少くとも一部を前記接地板に導通接続したも
のである。

又、前記円形パッチを、前記給電点を通る半径と前記円
形パッチの外周縁の交点を含み前記円形パッチの中心角
４５°の範囲にある外周縁の少くとも一部を前記接地板
に導通接続するとよい。

更に、前記円形パッチの中心角４５°の範囲の外周縁を
全域に亘り前記接地板に導通接続するとよい。

本発明の好ましい態様として、平板導体から成る接地板
と、該接地板の外周縁内で板面に平行に所定間隙を以っ
て配置した平板導体から成るパッチと、該パッチに接続
した給電線と、前記接地板に接続した接地線とを備えた
マイクロストリップパッチアンテナにおいて、前記パッ
チの板面中心に対して対称位置の前記パッチの外周縁の
一部を前記接地板に導通接続する少くとも一対の短絡導
体を備え、前記給電線の給電点を前記一対の短絡導体の
各々と前記パッチの板面中心との間に設けるとよい。

また、前記パッチの板面中心を含み前記一対の短絡導体
間を結ぶ軸に対し略直交する軸上の前記パッチの外周縁
に他の一対の短絡導体を備えると共に、該他の一対の短
絡導体の各々と前記パッチの板面中心との間にも前記給
電線の給電点を設けることとしてもよい。

［作用コ 上記のように構成されたパッチアンテナにおいては、パ
ッチが開放型平面回路の放射素子を構成し、このパッチ
により超短波帯あるいは極超短波帯の電磁波（電波）の
送受信が行なわれ、パッチに接続された給電線を介して
送受信信号が伝達される。そして、パッチの外周縁の少
くとも一部が接地板に接続されていることにより、上記
パッチアンテナの指向特性は水平面で全方向性を呈する
。

［実施例コ 以下、本発明のバラ４チアンテナの望ましい実施例を図
面を参照して説明する。

第１図は、本発明の一実施例に係るパッチアンテナ１の
断面を示すもので、誘電体の基板２の裏面に平板導体た
る銅板あるいは銅箔で形成した接地板３が接合されてい
る。基板２及び接地板３の略中央部には夫々貫通孔２ａ
及び３ａが両者重合するように穿設されている。接地板
３の貫通孔３ａには同軸線７の筒体の外部導体の接地線
５が接合されている。

そして、上記貫通孔２ａを覆うように基板２上に円板導
体（銅板あるいは銅箔）から成る円形のパッチ４が形成
されている。このパッチ４は基板２上にエツチングによ
り形成されるが、他のプリント技術（例えばアディティ
ブ法）を利用してもよい。従って、パッチ４は接地板３
に平行で、基板２の厚さの所定間隙を以って配置された
形となっている。そして、パッチ４は接地板３に比し／
１１面積であり、板面中心４Ｃから所定距離偏位した位
置で、同軸線７中央の給電線６が接着等のマイクロ接合
により接続されて給電点４ａとなっている。この給電線
６は貫通孔２ａ、３ａを挿通し接地線５の筒内に収容さ
れている。即ち、接地線５、給電線６よりなる同軸線７
の一端がパッチアンテナ１に接合され、他端にて接地線
５が接地され、給電線６が送受信装置（図示せず）に接
続される。

パッチ４の外周縁の所定範囲は接合部４ｂとされて短絡
導体８に接続され、短絡導体８が接地板３に接続されて
いる。接合部４ｂの短絡導体８との接合範囲は第２図に
示したように中心角θで設定され、本実施例では４５°
に設定されている。

従フて、短絡導体８は円筒側面形状に形成された導体で
構成され、その両端面が接地板３の表面とパッチ４の接
合部４ｂに夫々接着等によりマイクロ接合される。

上記のように構成されたパッチアンテナ１によれば、パ
ッチ４が開放型平面回路の共振素子として機能し、この
パッチ４により放射素子が構成される。従って、送信時
には送受信装置から給電線６を介して伝達された高周波
信号がパッチ４から超短波あるいは極超短波として放射
され、受信時にはパッチ４で受信された信号が給電線６
を介して送受信装置に伝達される。この場合において、
パッチ４の外周縁の接合部４ｂが短絡導体８を介して接
地板３に接続されていることから、パッチアンテナ１の
指向特性は水平面で全方向性を呈する。従フて、進行方
向が変化する穆動体にパッチアンテナ１を搭載した場合
においても、進行方向に拘らず安定した送受信を行なう
ことができる。

上記の作用を確認すべく、本件発明者は以下の試験を行
なった。即ち、第１図に示した基板２を除きパッチアン
テナ１と同一構成とし、下記第１表の諸元にて第３図に
示すパッチアンテナ１１を形成し、１．２６０ＭＨ２放
射時の指向特性を測定した。

その結果、第３図中ｙ軸−Ｚ軸平面においては、指向性
パターンは第５図のフィールドパターンのようになり、
最大放射方向が水平方向側に偏位した二つのローブが形
成されている。そして、第３図中Ｘ軸−ｙ軸平面におけ
る指向性パターンは第６図のフィールドパターンのよう
になり、全方向性を示している。これらは、穆動体通信
、例えば自動車電話等において好適な指向特性である。

尚、第５図及び第６図は何れも半径方向は対数目盛で示
している。

第１表 而して、例えば第４図に示したように自動車のルーフ２
０をプラスチックで形成し、これに上記パッチアンテナ
１１を埋設することとすれば、アンテナによって自動車
の外観が損なわれることなく自動車電話、市民バンド送
受信等で安定した通話が可能になる。

以上のように、上記実施例におけるパッチアンテナ１は
、パッチ４の外周縁を所定範囲接地板３に接続するとい
う簡単な構造で指向特性についての所期の目的を達成す
ることができる。従りて、パッチアンテナ１を製造する
際にもパッチ４の外周縁という特定部分を中心からの角
度θ（本実施例では４５°）という特定方法で所定範囲
を設定することができるので、製造が容易であり量産に
対応することができる。

又、自動車に搭載する場合においても、パッチ４と接地
板３は短絡導体８により強固に接続し得るので、基板２
を除去した第３図に示す構造として直接ルーフに埋設す
ることも可能である。尚、パッチアンテナ１の短絡導体
８に替えて、複数（例えば５本）の接続線をパッチ４の
外周縁の所定範囲に並設することとしてもよい。

第７図及び第８図は本発明のパッチアンテナの他の実施
例に係り、第１図及び第２図に記載の実施例に比しパッ
チアンテナ２１は基板を具備しておらず、第３図のよう
に言秀電体たる空気を介して接地板２３とパッチ２４が
対峙して配設されている。もちろん、第１図及び第２図
の実施例のようにハニカムボード、四フッ化エチレン樹
脂等の誘電体基板に平板導体たる銅板の接地板２３を接
合し、誘電体基板上にパッチ２４を形成することとして
もよい。

本実施例においては、パッチ２４は例えば銅製の円板導
体から成る円形パッチで、板面中心２４Ｃに対して対称
位置の外周縁の一部の接合部２４ａ、２４ｂに一対の短
絡導体２８ａ、２８ｂが夫々接合されている。このとき
の接合部２４ａと短絡導体２８ａの接合範囲、及び接合
部２４．　ｂと短絡導体２８ｂの接合範囲は第８図の中
心角θ１゜θ２で設定され、本実施例では、何れも４５
°に設定されている。短絡導体２８ａ及び２８ｂの幅、
即ちパッチ２４の板面に垂直な方向の長さは等しく、従
ってこれらが接地板２３に接合されるとパッチ２４と接
地板２３は上記の幅の所定間隙を以って対峙し、両者が
短絡導体２８ａ、２８ｂを介して導通接続される。

そして、第８図に示すようにパッチ２４の板面中心２４
ｃを含み接合部２４ａ及び２４ｂの各々の中点を結ぶ軸
上であって、給電点２４ｄ、２４ｅが板面中心２４ｃの
両側に位置するように、即ち短絡導体２８ａ及び２８ｂ
側に所定距離偏位して位置するように給電線２６ａ、２
６ｂが接合されている。これら給電線２６ａ、２６ｂは
、第７図に示すように接地板２３に穿設された貫通孔を
挿通し、接地板２３に接合された接地線２５ａ。

２５ｂの筒内に夫々収容され、同軸線が構成されている
。これら給電線２６ａ、２６ｂは送受信装置（図示せず
）にまとめて接続され相互に導通し、接地線２５ａ、２
５ｂは共通接地される。

而して、送受信装置から給電線２６ａ、２６ｂを介して
伝達された高周波信号が放射素子たるパッチ２４から超
短波あるいは極超短波として放射され、あるいはパッチ
２４で受信された信号が給電線２６ａ、２６ｂを介して
送受信装置に伝達される。このとき、第８図中ｙ軸−Ｚ
軸平面における指向性パターンは第９図のフィールドパ
ターンのようになり、第１図及び第２図の実施例同様、
最大放射方向が水平方向側に偏位した二つのローブが形
成されている。尚、第５図のフィールドパターンは対数
目盛で示されているため第９図のものと異なるように見
えるが、実質的に同様のパターンが形成されている。ま
た、第８図のＸ軸−Ｚ軸平面における指向性パターンも
第１０図に示されたように水平方向に拡がりをみせ、第
９図のパターンに近似している。

このように、本実施例のパッチアンテナ２１も水平面全
方向性の指向特性を有している。特に、本実施例は第１
図及び第２図に記載の実施例に比し上記Ｘ軸−Ｚ軸平面
における水平方向の指向性に優れている。即ち、第１図
及び第２図の実施例においては短絡導体８が一個のみで
あるため、Ｘ軸−Ｚ軸平面における指向性パターンはｙ
軸−Ｚ軸平面に比し水平方向への拡がりが若干小さくな
るのに対し、本実施例においては上記のようにｙ軸−Ｚ
軸平面と略同様のパターンとなる。また、本実施例は第
１図及び第２図の実施例に比し、パッチ２４は短絡導体
２８ａ、２８ｂによって接地板２３に固定されるので、
より安定した構造となる。

第１１図は本発明の更に他の実施例のパッチアンテナを
示すもので、第７図及び第８図に記載の実施例に対し短
絡導体を更にもう一対設けたものである。即ち、円板導
体のパッチ３４の板面中心３４ｃに対し対称位置の外周
縁に一対の短絡導体３８ａ、３８ｂが接合され、板面中
心３４ｃを含みこれらを結ぶ軸に対し直交する軸上のパ
ッチ３４の外周縁に一対の短絡導体３８ｃ、３８ｄが接
合されており、これら短絡導体３８ａ乃至３８ｄが接地
板３３に接合して成る。尚、このときの接合範囲の各中
心角θ３も４５°に設定されてぃる。

パッチ３４には板面中心３４ｃと短絡導体３８ａ、３８
ｂの間に夫々給電線３６ａ、３６ｂが接合され、板面中
心３４ｃと短絡導体３８ｃ、３８ｄの間に夫々給電線３
６ｃ、３６ｄが接合されている。尚、これら給電線３６
ａ乃至３６ｄは、短絡導体３８ａ乃至３８ｄのパッチ３
４の各接合部の中点と板面中心３４ｃとを結ぶ軸上に配
置するのが好ましい。給電線３６ａ乃至３６ｄは接地板
３３に穿設された貫通孔（図示せず）を挿通し、接地板
３３に接合された接地線３５ａ乃至３５ｄの筒内に夫々
収容されている。そして、給電線３６ａ乃至３６ｄは第
８図の実施例同様、送受信装置（図示せず）にまとめて
接続され、接地線３５ａ乃至３５ｄは共通接地される。

而して、本実施例による指向性パターンは、第１３図に
そのＸ軸−Ｚ軸平面のフィールドパターンを示し、第１
４図に短絡導体３８ａ及び３８ｂ間並びに短絡導体３８
ｃ及び３８ｄ間のＷ軸−Ｚ軸平面のフィールドパターン
を示すように良好な水平方向の指向性が得られる。特に
、本実施例においては、第１図及び第２図に記載の実施
例の第６図に示したＸ軸−ｙ軸平面のパターンに比し、
第１５図に示すように略無指向性となっている。

即ち、本実施例のパッチアンテナ３１は略理想的な水平
面全方向性の指向特性を有している。また本実施例にお
いては、短絡導体３８ａ乃至３８ｄによってパッチ３４
が四点支持され、接地板２３に強固に固着し得るので、
そのまま自動車に搭載した場合にも十分な強度が得られ
る。

上記短絡導体３８ａ乃至３８ｄのように短絡導体は一対
に限らず二対以上設けることとしてもよく、更に進んで
第１２図に示すように接地板４３上にパッチ４４が円環
状の短絡導体４８を介して接続するように構成し、板面
中心４４ｃを中心とする同心円上で円環状の給電点４４
ｂから給電するようにしてもよい。

尚、上述の第７図及び第８図、第１１図並びに第１２図
の各実施例においても、短絡導体２８ａ、３８ａ乃至３
８ｄ及び短絡導体４８に替えて、複数のリートビン、接
続線を各パッチ２４゜３４及びパッチ４４の外周縁の所
定範囲に並設することとしてもよい。また、上記実施例
における給電線は例えば実開昭５０−４６０３８号に記
載のようなマイクロストリップラインで構成してもよい
。更に、何れの実施例においても、誘電体基板の表面の
所定形状部分及び裏面全体をマスキングした後、導体を
真空蒸着することにより、基板表面及び裏面に導体層を
形成し、これらにより夫々パッチ及び接地板を構成する
ことも可能である。

［発明の効果コ 本発明は上述の如く構成されているので、以下に記載す
る効果を奏する。

即ち、本発明のパッチアンテナによれば平板導体のパッ
チの外周縁を接地板に接続するという簡単な構造で水平
面全方向性の指向特性を確保することができる。

そして、円形パッチの中心から偏位して給電点を設り、
この給電点を通る半径と円形パッチ外周縁との交点を含
む外周縁の所定範囲と接地板とを接続したパッチアンテ
ナとすることにより、水平面全方向性の指向特性が得ら
れると共に、上記所定範囲を容易に設定することができ
るので製造が容易である。

特に、上記所定範囲を円形パッチの中心角４５°で設定
することにより、移動体通信に好適な指向特性が得られ
る。

また、上記４５°の範囲の外周縁の全域に亘りパッチと
接地板を導通接続したものにおいては、製造が容易であ
り、誘電体基板を設けなくてもパッチを支持し得る強度
が得られるため自動車の樹脂製外板に容易に埋設するこ
とができる。

パッチの外周縁を接地板に接続する一対の短絡導体を備
えたものにあっては、短絡導体を含む垂直面上において
も良好な水平方向の指向特性を確保することかできると
共に、パッチに対し更に安定した支持構造となるので移
動体通信に好適である。

更に、他の一対の短絡導体を備えたものにあっては、極
めて良好な水平面全方向性の指向特性が得られると共に
、パッチが接地板に強固に固定されるのでそのまま自動
車に装着しても十分な強度を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のパッチアンテナの一実施例を示す断面
図、第２図は同、平面図、第３図は上記一実施例の作用
を確認するための試験用パッチアンテナの斜視図、第４
図は上記一実施例に係るパッチアンテナを搭載した自動
車のルーフの一部断面図、第５図は上記試験用パッチア
ンテナのｙ軸−Ｚ軸平面の指向特性図、第６図は上記試
験用パッチアンテナのＸ軸−ｙ軸平面の指向特性図、第
７図は本発明の他の実施例のパッチアンテナの断面図、
第８図は同、パッチアンテナの斜視図、第９図は同、パ
ッチアンテナのｙ軸−Ｚ軸平面における指向特性図、第
１０図は同、Ｘ軸−Ｚ軸平面における指向特性図、第１
１図は本発明の更に他の実施例のパッチアンテナの斜視
図、第１２図は本発明の別の実施例のパッチアンテナの
斜視図、第１３図は第１１図中ｙ軸−Ｚ軸平面の指向特
性図、第１４図は同、Ｗ軸−Ｚ軸平面の指向特性図、第
１５図は同、Ｘ軸−ｙ軸平面の指向特性図、第１６図は
従来のパッチアンテナの断面図である。 １・・・パッチアンテナ、　　２・・・基板。 ３．２３．３３．４３・・・接地板。 ４．２４，３４．４４・・・パッチ。 ４　ａ　、　　２４　ｄ　、　　２４　ｅ　、　４４　
ｂ　−給電点。 ４ｂ・・・接合部。 ４ｃ、２４ｃ、３４ｃ、４４Ｃ・・・板面中心。 ５．２５ａ、２５ｂ、３５ａ　〜３５ｄ−接地線。 ６．２６ａ、２６ｂ、３６ａ　〜３６ｄ−給電線。 ８．２８ａ、２８ｂ、３８ａ　〜３８ｄ、４８−短絡導
体 特許出願人　小島プレス工業株式会社

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）平板導体から成る接地板と、該接地板の外周縁内
   で板面に平行に所定間隙を以って配置した平板導体から
   成るパッチと、該パッチに接続した給電線と、前記接地
   板に接続した接地線とを備えたマイクロストリップパッ
   チアンテナにおいて、前記パッチの外周縁の少くとも一
   部を前記接地板に導通接続したことを特徴とするマイク
   ロストリップパッチアンテナ。
2. （２）平板導体から成る接地板と、該接地板の外周縁内
   で板面に平行に所定間隙を以って配置した円板導体から
   成る円形パッチと、該円形パッチに接続した給電線と、
   前記接地板に接続した接地線とを備えたマイクロストリ
   ップパッチアンテナにおいて、前記給電線を前記円形パ
   ッチの板面中心から偏位した給電点に接続し該給電点を
   通る前記円形パッチの半径と前記円形パッチの外周縁の
   交点を含む前記円形パッチの外周縁の所定範囲内の少く
   とも一部を前記接地板に導通接続したことを特徴とする
   マイクロストリップパッチアンテナ。
3. （３）前記円形パッチを、前記給電点を通る半径と前記
   円形パッチの外周縁の交点を含み前記円形パッチの中心
   角４５°の範囲にある外周縁の少くとも一部を前記接地
   板に導通接続したことを特徴とする請求項２記載のマイ
   クロストリップパッチアンテナ。
4. （４）前記円形パッチの中心角４５°の範囲の外周縁を
   全域に亘り前記接地板に導通接続したことを特徴とする
   請求項３記載のマイクロストリップパッチアンテナ。
5. （５）平板導体から成る接地板と、該接地板の外周縁内
   で板面に平行に所定間隙を以って配置した平板導体から
   成るパッチと、該パッチに接続した給電線と、前記接地
   板に接続した接地線とを備えたマイクロストリップパッ
   チアンテナにおいて、前記パッチの板面中心に対して対
   称位置の前記パッチの外周縁の一部を前記接地板に導通
   接続する少くとも一対の短絡導体を備え、前記給電線の
   給電点を前記一対の短絡導体の各々と前記パッチの板面
   中心との間に設けたことを特徴とするマイクロストリッ
   プパッチアンテナ。
6. （６）前記パッチの板面中心を含み前記一対の短絡導体
   間を結ぶ軸に対し略直交する軸上の前記パッチの外周縁
   に他の一対の短絡導体を備えると共に、該他の一対の短
   絡導体の各々と前記パッチの板面中心との間にも前記給
   電線の給電点を設けたことを特徴とする請求項５記載の
   マイクロストリップパッチアンテナ。