(57)【要約】【課題】複数のパッチアンテナの省スペース搭載に適したパッチアンテナ組立体およびパッチアンテナを提供。【解決手段】平面形状が正方形の導電性材料から成る複数のアンテナ素子（102A、102B）が平板状の誘電体から成る支持体（104）に形成され、それぞれアンテナ素子について、正方形の中心（130A、130B）から隣り合う２辺への法線上において中心から正方形の１辺の長さの1/2に相当する長さの54％に相当する距離D1だけ正方形の中心から離隔して１対の給電点（126A、126B）が配置され、複数のアンテナ素子（102A、102B）のそれぞれは、対応する１対の給電点（126A、126B）を介してアンテナ素子に信号を送受する回路（116）と電磁的に結合されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１辺の長さが第１の長さである実質的に正方形の平面形状を有し、導電性材料から成る第１のアンテナ素子と、
１辺の長さが第１の長さとは異なる第２の長さである実質的に正方形の平面形状を有し、導電性材料から成る第２のアンテナ素子と、
一方の主面に第１および第２のアンテナ素子を担持し、平板状の誘電体から成る支持体と、
該支持体に対向して所定の距離に離隔配置され、第１のアンテナ素子に対して信号を送受する第１の回路、および第２のアンテナ素子に対して信号を送受する第２の回路が回路パターンとして搭載された回路基板とを含み、
第１のアンテナ素子、前記支持体および回路基板には、第１のアンテナ素子と該支持体および回路基板とを貫通する第１のスルーホールとして第１の対の給電点が形成され、
第２のアンテナ素子、前記支持体および回路基板には、第２のアンテナ素子と該支持体および回路基板とを貫通する第２のスルーホールとして第２の対の給電点が形成され、
第１の対の給電点のそれぞれは、第１のアンテナ素子の正方形の中心から該正方形の互いに隣接する２辺への実質的に法線上にあって、該法線上において前記中心から該正方形の前記１辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54％に相当する第１の距離だけ該中心から離隔配置され、
第２の対の給電点は、第２のアンテナ素子の正方形の中心から該正方形の互いに隣接する２辺への実質的に法線上にあって、該法線上において前記中心から該正方形の前記１辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54％に相当する第１の距離だけ該中心から離隔配置され、
第１のアンテナ素子は、第１の対の給電点を介して前記回路パターンに電磁的に結合され、第２のアンテナ素子は、第２の対の給電点を介して前記回路パターンに電磁的に結合されていることを特徴とするパッチアンテナ組立体。
【請求項２】
請求項１に記載のパッチアンテナ組立体において、前記一方の主面は、前記回路基板に対向する側の主面であり、第１および第２のパッチアンテナ素子支持体を介して電波を送受波することを特徴とするパッチアンテナ組立体。
【請求項３】
請求項１に記載のパッチアンテナ組立体において、前記回路基板は、前記回路パターンに接続されたフィルタ回路を含み、該フィルタ回路は、第１および第２のアンテナ素子とそれぞれ共振する周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタを含むことを特徴とするパッチアンテナ組立体。
【請求項４】
請求項１、２または３に記載のパッチアンテナ組立体において、該組立体は、IEEE（米国電気電子学会）規格802.11に適合し、第１のアンテナ素子は2.4GHz帯域に適合し、第２のアンテナ素子は5GHz帯域に適合していることを特徴とするパッチアンテナ組立体。
【請求項５】
請求項４に記載のパッチアンテナ組立体において、第１のアンテナ素子の正方形の１辺の長さは48 mmであり、第２のアンテナ素子の正方形の１辺の長さは22 mmであり、第１の距離は13 mmであり、第２の距離は5.5 mmであり、前記所定の距離は4 mmであることを特徴とするパッチアンテナ組立体。
【請求項６】
請求項３に記載のパッチアンテナ組立体において、該組立体はデュアルバンド・コンカレント動作に対応していることを特徴とするパッチアンテナ組立体。
【請求項７】
請求項３に記載のパッチアンテナ組立体において、該組立体はマルチ入出力動作に対応していることを特徴とするパッチアンテナ組立体。
【請求項８】
実質的に正方形の平面形状を有し、導電性材料から成るアンテナ素子と、
該アンテナ素子を一方の主面に担持し、平板状の誘電体から成る支持体と、
該支持体に対向して所定の距離に離隔配置され、前記アンテナ素子に対して信号を送受する回路が回路パターンとして搭載された回路基板とを含み、
前記アンテナ素子、支持体および回路基板には、該アンテナ素子、支持体および回路基板を貫通するスルーホールとして１対の給電点が形成され、
該１対の給電点のそれぞれは、前記正方形の中心から該正方形の互いに隣接する２辺への実質的に法線上にあって、該法線上において前記中心から該正方形の１辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54％に相当する距離だけ該中心から離隔配置され、
前記アンテナ素子は、前記１対の給電点を介して前記回路パターンに電磁的に結合されていることを特徴とするパッチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にはアンテナ、具体的にはパッチアンテナ組立体およびパッチアンテナに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のパッチアンテナは、例えば、特開平6-224620号公報（特許文献１）に見られるように、正方形の平面形状を有する誘電体基板の上面にパッチ状の放射電極すなわちパッチ電極が、またその底面にはグラウンド電極が形成され、さらに誘電体基板の中心付近に誘電体基板を貫通する単一の給電ピンが設けられ、この給電ピンを経由してパッチ電極に給電する１点給電構造が一般的である。
【０００３】
近年の無線通信装置では、例えば2.4GHzと5GHz周波数帯など、２つの周波数帯域において互いに独立して同時に動作する複数個の無線チップが単一の基板上に搭載されたデュアルバンド・コンカレント（独立動作）対応のシステムが主力となりつつある。また、複数のアンテナを使い、それぞれのアンテナから異なるデータを送信し、また複数のアンテナで同時にデータを受信することで通信を行なうMIMO（Multi-Input Multi-Output、マルチ入出力）アンテナと、それに対応可能な領域が増加傾向にある。
【０００４】
従来のMIMO用アンテナでは、例えば、PALNEX社製ブロードバンドルータ  BLW-HPMM-U（非特許文献１）にて公知のように、モノポールアンテナを３本使用して３チャネルの送受信、すなわち3×3通信を実現したものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平6-224620号公報
【特許文献２】特開2006-279202号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】PALNEX社製ブロードバンドルータ  BLW-HPMM-U  <https://www.planex.co.jp/product/router/blw-hpmm-u.shtml>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
例えば、4×4MIMOアンテナを上述のような従来の１点給電方式によるパッチアンテナで実現しようとすると、４個のアンテナが必要となる。また、例えば2.4GHz帯域と5GHz帯域のアンテナをデュアルバンド・コンカレント動作させようとすると、計８個のパッチアンテナが必要となり、大きなスペースを要することとなる。
【０００８】
パッチアンテナは、例えば街路のマンホールや屋内の天井に配設され、移動端末との間でIEEE（米国電気電子学会）規格802.11に基づくWiFi（商標）通信に多く使用される。このような移動体通信にMIMOアンテナや複数帯域同時動作アンテナを低コストおよび省スペースで有利に適用するには、複数の送／受信アンテナ相互間の電磁的信号分離すなわちアイソレーションを安定的に確保することが課題となる。
【０００９】
一般に、アンテナ相互間のアイソレーションは、アンテナの送受信する波長の半分に相当する距離以上離隔すれば、確保される。しかし、そのようなアイソレーションを確保しながらMIMOアンテナや複数帯域同時動作アンテナなどの多素子アンテナを構成しようとすると、装置全体の大きさが増し、移動体通信用途に適さなくなってしまう。
【００１０】
本発明は、複数のパッチアンテナの省スペース搭載に適したパッチアンテナ組立体およびパッチアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明によれば、平面形状が実質的に正方形の導電性材料から成る複数のアンテナ素子が平板状の誘電体から成る支持体に形成され、それぞれアンテナ素子について、正方形の中心から隣り合う２辺への実質的な法線上において中心から正方形の１辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54％に相当する距離だけ正方形の中心から離隔して１対の給電点が配置され、複数のアンテナ素子のそれぞれは、対応する１対の給電点を介してアンテナ素子に信号を送受する回路と電磁的に結合されている。
【００１２】
本発明の一態様によれば、次のようなパッチアンテナ組立体が提供される。すなわち、本パッチアンテナ組立体は、１辺の長さが第１の長さである実質的に正方形の平面形状を有して導電性材料から成る第１のアンテナ素子と、１辺の長さが第１の長さとは異なる第２の長さである実質的に正方形の平面形状を有し、導電性材料から成る第２のアンテナ素子と、一方の主面に第１および第２のアンテナ素子を担持し、平板状の誘電体から成る支持体と、この支持体に対向して所定の距離に離隔配置され、第１のアンテナ素子に対して信号を送受する第１の回路、および第２のアンテナ素子に対して信号を送受する第２の回路が回路パターンとして搭載された回路基板とを含み、第１のアンテナ素子、支持体および回路基板には、第１のアンテナ素子と支持体および回路基板とを貫通する第１のスルーホールとして第１の対の給電点が形成され、第２のアンテナ素子、支持体および回路基板には、第２のアンテナ素子と支持体および回路基板とを貫通する第２のスルーホールとして第２の対の給電点が形成され、第１の対の給電点のそれぞれは、第１のアンテナ素子の正方形の中心から正方形の互いに隣接する２辺への実質的に法線上にあって、この法線上において前記中心から正方形の１辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54％に相当する第１の距離だけ中心から離隔配置され、第２の対の給電点は、第２のアンテナ素子の正方形の中心から正方形の互いに隣接する２辺への実質的に法線上にあって、この法線上において前記中心から正方形の１辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54％に相当する第１の距離だけ該中心から離隔配置され、第１のアンテナ素子は、第１の対の給電点を介して回路パターンに電磁的に結合され、第２のアンテナ素子は、第２の対の給電点を介して回路パターンに電磁的に結合されている。
【００１３】
本発明の一態様によれば、次のようなパッチアンテナが提供される。すなわち、本パッチアンテナは、実質的に正方形の平面形状を有して導電性材料から成るアンテナ素子と、このアンテナ素子を一方の主面に担持し、平板状の誘電体から成る支持体と、支持体に対向して所定の距離に離隔配置され、アンテナ素子に対して信号を送受する回路が回路パターンとして搭載された回路基板とを含み、アンテナ素子、支持体および回路基板には、アンテナ素子、支持体および回路基板を貫通するスルーホールとして１対の給電点が形成され、１対の給電点のそれぞれは、前記正方形の中心から正方形の互いに隣接する２辺への実質的に法線上にあって、この法線上において前記中心から正方形の１辺の長さの1/2に相当する長さの実質的に54％に相当する距離だけ中心から離隔配置され、アンテナ素子は、１対の給電点を介して回路パターンに電磁的に結合されている。
【００１４】
本願に開示の発明概念は、後述の請求の範囲の記載以外の態様で定義してもよい。発明概念は、とりわけ明示的もしくは暗示的サブタスクまたは達成する利点の観点から本発明を考察すると、いくつかの別個の発明から成ることがある。そのような場合、請求項に記載の属性のうちのいくつかは、別個の発明概念の観点から余分なことがある。基本的発明概念の枠組み内であれば、さまざまな実施例の特徴事項を他の実施例について適用可能である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、１つのパッチアンテナについて２つの給電点を割り当てることで省スペース化を実現させている。また、このように省スペース化するに際して、パッチアンテナ相互間に高いアイソレーションを安定的に保持するとともに、良好な整合状態を提供して回路内部のリターンロスを減少させている。
【００１６】
このように本発明によれば、マルチバンドの特性でアイソレーションが最大限によくなるような給電点の配列をとり、両面構造の放射バッチアンテナで広い帯域幅を確保している。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施例によるパッチアンテナ組立体の概略斜視図である。
【図２】図１に示すパッチアンテナ組立体の分解斜視図である。
【図３】図１に示すパッチアンテナ組立体を同図の下方から見た場合におけるアンテナ地板の裏面を示す概略正面図である。
【図４】図１に示す一点鎖線におけるパッチアンテナ組立体の断面を拡大して示す部分断面図である。
【図５】図１に示すパッチアンテナ組立体を同図の下方から見た場合における回路基板の裏面を示す概略斜視図である。
【図６】同実施例によるパッチアンテナ組立体の使用状態を概念的に示す概略接続図である。
【図７】同実施例によるパッチアンテナに接続されるフィルタ回路の等価回路図である。
【図８Ａ】同実施例によるパッチアンテナの2.4GHz周波数帯における指向性の測定例を示すグラフである。
【図８Ｂ】同実施例によるパッチアンテナの5.5GHz周波数帯における指向性の測定例を示すグラフである。
【図９Ａ】同実施例によるパッチアンテナの2.4GHz周波数帯におけるアイソレーション特性の測定例を示すグラフである。
【図９Ｂ】同実施例によるパッチアンテナの5GHz周波数帯におけるアイソレーション特性の測定例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、添付図面を参照して本発明によるパッチアンテナ組立体の実施例を詳細に説明する。図１を参照すると、本発明の実施例によるパッチアンテナ組立体100は、全体として実質的に正方形の平面形状をなし、薄くて平板な組立体である。組立体100は、同じく実質的に正方形の平面形状を有して図１における下側の主面すなわち裏面に２種類のパッチアンテナ102Aおよび102Bが形成されたアンテナ地板104と、これと実質的に同じ平面形状の回路基板106とを含む。アンテナ地板104は、パッチアンテナ102Aおよび102Bを担持する支持体として機能している。
【００１９】
パッチアンテナ102Aおよび102Bは、本実施例ではこのようにアンテナ地板104の裏面に形成されているが、それに代わって、これと反対側の主面すなわち表面に形成されていてもよい。なお、各図において同様の要素は同じ参照符号で示す。また、以下にも説明するいずれの図においても、本発明の理解に必要な要素のみを簡略かつ概念的に示し、実際の装置には、これら以外の要素も搭載されていることは、言うまでもない。さらに、各図に示す要素の寸法は、必ずしも実際の寸法に比例するように描写されず、とくに図４のように、発明を理解しやすいように特定の部位や寸法が誇張されていることもある。
【００２０】
アンテナ地板104および回路基板106は、本実施例では、図２に示すようにそれぞれの４隅にある円形開口108および109を通るビス112が所定の高さＨ（図４）のスペーサ110を介してナット114と係合することによって、相互に緊締されている。勿論、緊締手段はビスやナットに限らず、係合などの他の固定的手段であってもよい。これによって、パッチアンテナ102Aおよび102Bと回路基板との間には、所定の間隔Ｈの空隙が形成され、したがってパッチアンテナ102Aおよび102Bがアンテナ素子として機能する場合の誘電体は、厚さＨで比誘電率を実質的に１とする空気の層である。
【００２１】
パッチアンテナ102Aおよび102Bは、図１における下方からパッチアンテナ地板104を見た図３から分かるように、地板104の裏面にCu、Auなどの導電材料の導体パターンによって形成され、パッチアンテナの放射体および／または受波体として機能するアンテナ素子である。
【００２２】
本実施例では、パッチアンテナ組立体100は、例えば街路のマンホールや屋内の天井に配設され、移動端末（図示せず）との間でIEEE（米国電気電子学会）規格802.11に基づくWiFi通信に有利に適用される。本実施例ではさらに、一方のパッチアンテナ102Aが両面構造の5.5GHz帯域用素子として、また他方のパッチアンテナ102Bが両面構造の2.4GHz帯域用素子として構成され、これによってパッチアンテナ組立体100は、例えば移動体通信に適したMIMO（Multi-Input Multi-Output、マルチ入出力）動作可能なデュアルバンド・コンカレント動作のアンテナが実現される。
【００２３】
本発明は、このようなWiFi通信やここに記載の特定の周波数帯域に限定されるものでなく、例えばBluetooth（商標）などの他の通信方式にも有利に適用される。また、WiFi通信であっても、2.5GHz帯域および5GHz帯域に限られず、時代の進展、および／または国や地域の相違に応じて実施例とは異なる周波数帯域にも適用可能であることは、言うまでもない。
【００２４】
本実施例では、このように２種類のパッチアンテナ102Aおよび102Bが２組配設されているが、本発明は、３種類以上のパッチアンテナにも、また３組以上のパッチアンテナにも、例えばパッチアンテナ102Bの側方に第３の周波数帯のパッチアンテナ（図示せず）を配設するなどして、有利に適用され、マルチバンド・コンカレント動作が可能である。
【００２５】
パッチアンテナ地板104は、本実施例ではFR4などのガラスエポキシ樹脂で形成され、パッチアンテナ側誘電体を構成している。電波138（図６）は、本実施例ではこのパッチアンテナ側誘電体104を通してパッチアンテナ102Aおよび102Bの放射面104A側から送受波される。回路基板106は、やはりガラスエポキシ樹脂基板であり、その図１における下方から見た一方の主面すなわち裏面106Aには、図５に示すようにフィルタ回路116を含む回路パターン118がCu、Auなどの導電材料で形成されている。フィルタ回路116には、図５に符号120で示すようにグラウンド接合部が形成され、これには、無線モジュール122（図６）などの無線周波を送信および／または受信する利用回路からの同軸ケーブル124のグラウンド側が接続される。同軸ケーブル124の給電は、フィルタ回路116を経て導体パターン118の給電点126Aおよび126Bに接続される。回路基板106のアンテナ地板104に対向する面106Bは、回路基板106、ならびにパッチアンテナ102Aおよび102Bの接地をとるグランド面を構成している。
【００２６】
一方の給電点126Aはパッチアンテナ102Aに対応し、すなわち電磁的に結合され、他方の給電点126Bはパッチアンテナ102Bに対応し、すなわち電磁的に結合されている。より詳細には、給電点126Aは、図４に拡大して示すように、パッチアンテナ地板104におけるパッチアンテナ102Aと対応する回路基板106における導体パターン118とを貫通するスルーホール128の内孔面にAgペーストなどの導電材料が被着され、これによって導電パターン118とパッチアンテナ102Aの電磁的結合を達成している。
【００２７】
一般に、本実施例のような直線偏波型パッチアンテナは、誘電体を挟んで導体パターンと接地導体が対向する層構造をなす基板上に１辺が約1/2波長に対応する長さの正方形導体パターンを配置するとともに、それらを共振させるための給電部を設けることによって形成される。その正方形導体パターンの１辺の寸法Ｌ（図４）は、以下の式によって算出される。
【００２８】
L = λ/2/ε1/2 = C/(2f)×ε-1/2              (1)
ただし、Ｃは真空中の光速、ｆはアンテナ素子の共振周波数、εは誘電体の比誘電率である。例えば特開2006-279202号公報（特許文献２）参照。
【００２９】
本実施例では、正方形金属素子102Aおよび102Bをアンテナ素子として使用するために、給電点126Aおよび126Bは、この正方形金属素子102Aおよび102Bのそれぞれの中心130Aおよび130Bから所定の距離D1（図４）にあって隣り合う２点に設けられている。一方の給電点126Aは、中心130Aに対して0度の位相角の位置に、また他方の給電点126Bは、これと90度の位相角で隔たった位置に配設されている。換言すれば、例えばアンテナ素子102Aについて、１対の給電点126Aのそれぞれは、そのアンテナ素子の正方形の中心130Aからその正方形の互いに隣接する２辺への実質的に法線上に配置されている。他方のアンテナ素子102Bについても同様に、１対の給電点126Bのそれぞれは、そのアンテナ素子の正方形の中心130Bからその正方形の互いに隣接する実質的に２辺への実質的に法線上に配置されている。
【００３０】
本実施例では、一方のパッチアンテナ102Aは、2.4GHz帯用の正方形状アンテナ素子として機能する。その正方形状の１辺の長さＬ（図４）は、前述のように誘電体層が厚さＨの空気であるので、式(1)によれば、送受波波長λの実質的に1/2に対応した長さ、48.0 mmである。また、他方のパッチアンテナ102Bも同様に、5GHz帯用の正方形状アンテナ素子として機能し、その正方形状の１辺の長さは22.0 mmである。誘電体層の厚さＨは、本実施例では4 mmである。
【００３１】
一般に、送／受信信号のチャネル相互間の電磁的分離すなわちアイソレーションは、送受信波長λの半分に相当する距離を離隔すれば、確保される。しかし、そのようなアイソレーションを確保しながらMIMOアンテナや複数帯域同時動作アンテナなどの多素子アンテナを構成しようとすると、装置全体の大きさが増し、移動体通信用途に適さなくなってしまう。
【００３２】
そこで発明者らは、鋭意、様々な実験や研究を行なった結果、図４に示す2.4GHz用パッチアンテナ102Aを例にとると、１対の給電点126Aは、上述のように、そのパッチアンテナの正方形の中心130Aからその正方形の互いに隣接する２辺への実質的に法線上に配設し、つまり一方の給電点を位相角０度とすれば、他方の給電点は実質的に90度の位置に配設するのが有利であり、そのうえで、１対の給電点126Aのそれぞれは、パッチアンテナの中心130Aからの距離D1をパッチアンテナ102Aの正方形状の中心点130Aから１辺までの距離Ｄの実質的に32％以上、好ましくは50％以上、より好ましくは54％程度に設定すると、良好なアイソレーションが確保できることが分かった。アンテナ素子の正方形状の１辺の長さＬは、実質的に半波長λ/2に対応する長さであるから、本実施例の場合、パッチアンテナ102Aの正方形状の１辺の長さＬは、上述のように48.0 mmであり、したがって給電点126Aの中心130Aからの距離D1は、13.0 mmである。
【００３３】
同様にして、5GHz用パッチアンテナ102Bについても、１対の給電点126Bのそれぞれは、一方の給電点を位相角０度とすれば、他方の給電点は実質的に90度の位置に配設するのが有利である。また、１対の給電点126Bのそれぞれは、パッチアンテナの中心130Bからの距離をパッチアンテナ102Bの正方形状の中心点130B（図３）から１辺までの距離の実質的に32％以上、好ましくは50％以上、より好ましくは54％程度に設定すると、良好なアイソレーションが確保できる。パッチアンテナ102Bについても、１辺の長さは、実質的に半波長λ/2に対応しているから、本実施例の場合、パッチアンテナ102Bの正方形状の１辺の長さは、上述のように22.0 mmであり、したがって給電点126Bの中心130Bからの距離は、5.5 mmである。
【００３４】
給電点126Aおよび126Bの位置、換言すれば、上述の距離D1もしくはD2（図４）、または距離Ｄに対する距離D1の比は、パッチアンテナ102Aまたは102Bの環境に依存する。環境とは、例えば、パッチアンテナ地板102および回路基板104の材料、両者間にある誘電体層の比誘電率および層厚などである。本実施例では、パッチアンテナ地板102および回路基板104はガラスエポキシ樹脂でよく、誘電体層は空気であり、その層厚はスペーサ110の高さＨ（図４）である。
【００３５】
本実施例では、パッチアンテナ地板04に2.4GHz用パッチアンテナ102Aが２個、また5GHz用パッチアンテナ102Bが２個、図３に示すように互いに対角的に交互に配置されている。その配列のピッチｐ、すなわちパッチアンテナ102Aおよび102Bのそれぞれの中心130Aおよび130Bの間の距離は、本実施例の場合、同図の縦横何れの方向でも73.0 mmである。既述のように、一般には、送受信信号のチャネル相互間の電磁的分離すなわちアイソレーションは、アンテナの送受信波長λの半分λ/2に相当する距離だけ離隔すれば、確保されるが、本実施例では、上述した本実施例特有の給電点126Aおよび126Bの配列により、上述したピッチｐでパッチアンテナ102Aおよび102Bを配列しても十分な電磁的チャネル分離を確保することができ、従来に比べてコンパクトなパッチアンテナ組立体100を達成することができる。
【００３６】
このような両面構造のパッチアンテナ102Aおよび102Bへの給電は背面同軸給電方式をとっている。本実施例では、回路基板106およびパッチアンテナ地板104のスルーホール128（図４）を貫くように構成された同軸線路124（図６）およびコネクタ120を用いて、アンテナ組立体100の背面から放射素子すなわちパッチアンテナ102Aおよび102Bに給電する構成をとっている。既述のように、給電点126Aおよび126Bを放射素子102Aおよび102B上の適切な位置に設定することで、反射波を最小化するインピーダンス整合を得ている。
【００３７】
回路基板106に搭載されたフィルタ回路116の等価回路を示す図７を参照すると、実施例のフィルタ回路116は全体として、２つのフィルタ132（FIL1）および134（FIL2）と、インピーダンス調整回路136とを含み、これらが図示のように接続されている。図５から分かるように、このような構成のフィルタ回路116は、回路基板106上の４つの回路パターン118に対応して４回路設けられている。図７は、それらのうちの１回路を示すが、他の回路も同じ構成でよい。
【００３８】
回路基板106に形成されたグラウンド接合部120には、無線モジュール122（図６）などの利用回路からの同軸ケーブル124が接続される。接合部120にはフィルタ132が接続され、フィルタ132は、入力信号の周波数帯域2.4GHzおよび5GHzのみを透過させるデュプレクサなどの汎用の帯域通過フィルタである。透過された2.4GHz帯域の信号は、フィルタ134の抵抗R11Aおよびインピーダンス調整回路136の抵抗R13Aを通って給電点126Aに供給され、また、同じく透過された5GHz帯域の信号は、フィルタ134の抵抗R11Bおよびインピーダンス調整回路136の抵抗R13Bを通って給電点126Bに供給される。このようにフィルタ回路116は全体として、アンテナ素子102Aおよび102Bと共振する周波数帯域のみを通過させる帯域通過フィルタを構成している。
【００３９】
このようにして、パッチアンテナ102Aには2.4GHz帯域の信号のみが給電され、またパッチアンテナ102Bには5GHz帯域の信号のみが給電される。また、パッチアンテナ102Aで受波された2.4GHz帯域の信号は、給電点126Aから接合部120Aおよび120へ出力され、パッチアンテナ102Bで受波された5GHz帯域の信号は、給電点126Bから接合部120Bおよび120へ出力される。
【００４０】
本実施例のフィルタ回路116は、2.4GHz帯域の信号のみが供給される接合部120Aと、5GHz帯域の信号のみが供給される接合部120Bも有している。2.4GHzおよび5GHz帯域の信号はそれぞれ、インピーダンス調整回路136の抵抗R13AおよびR13Bを通って給電点126Aおよび126Bに供給される。また、同じ目的で本実施例では、フィルタ134はフィルタ132の近傍に配置され、インピーダンス調整回路136は給電点126Aおよび126Bの近傍に配置されている。
【００４１】
本実施例では、パッチアンテナ組立体100全体の回路インピーダンスが実質的に50オームに整合され、回路素子相互間に生じ得る反射波を最小化している。フィルタ回路116における抵抗R11A〜R13A、R11B〜R13B、およびコンデンサC11A〜C15A、およびC11B〜C15Bは、このようなインピーダンス整合のために設けられている。
【００４２】
次に本実施例のパッチアンテナの特性例を説明する。ここでは、図１に示す構成のアンテナ組立体100を用いて実測した指向性を図８Ａおよび図８Ｂに、またアイソレーション特性を図９Ａおよび図９Ｂに示す。両図は、それぞれパッチアンテナ102Aおよび102Bについて、アンテナ地板104に垂直な方向Ｙの平面上における指向性の分布を示している。
【００４３】
この実施例のパッチアンテナ組立体100では、図８Ａに示す2.4GHz帯域用パッチアンテナ102Aについての指向性実測値は、2472MHzで最大利得が8.23[dB]、平均利得は1.63[dB]を呈し、また図８Ｂに示す5GHz帯域用パッチアンテナ102Bについての指向性実測値は、5500MHzで最大利得が7.23[dB]、平均利得は0.94[dB]を呈した。これから分かるように、図８Ａおよび図８Ｂのいずれにおいても、方位角０度の方向、すなわち電波の放射面104Aの前方（図６における矢印138の方向）に良好な指向性を示し、期待する利得が得られた。
【００４４】
図９Ａは、図９Ａに示す2.4GHz帯域用パッチアンテナ102Aについて、横軸が周波数100kHzから8.5GHzを対数目盛で示し、縦軸は２つの給電点126Aの間の伝送量すなわちアイソレーションを-10dBから-90dBまで示している。同図によれば、２つの給電点126Aの相互間のアイソレーションは、2472MHzで-29.1dBが得られた（点Ａ）ことが分かる。
【００４５】
図９Ｂは、5GHz帯域用パッチアンテナ102Bについて、横軸は図９Ａと同じであるが、縦軸は２つの給電点126Bの間の伝送量を-10dBから-45dBまでを示している。この図から、２つの給電点126Bの相互間のアイソレーションは、5500MHzで-20.29dBが得られた（点Ｂ）ことが分かる。このように、いずれも十分なアイソレーション値が達成された。
【００４６】
図１に示す実施例のパッチアンテナ組立体100は、このよう十分なアイソレーションを安定して得ることができる。したがって、例えば2.4GHzおよび5GHzのデュアルバンド・コンカレント（独立動作）に対応するように複数個の無線チップを基板上に搭載し、対応する複数のパッチアンテナを構成し、それぞれのアンテナから異なるデータを同時に送信し、またこれら複数のアンテナで同時にデータを受信することで通信する、例えば4×4MIMOまたは8×8MIMOを達成することができる。こうして、省スペースなパッチアンテナ組立体が提供される。
【００４７】
本発明は、上述した各実施例のみに限定されるものではない。すなわち本発明は、上述した各実施例の一部または全部を任意に組み合わせたり、それらを部分的に抽出したりしても、その適用範囲が及ぶ。
【００４８】
本発明を特定の実施例を参照して説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。いわゆる当業者は、本発明の範囲および概念から逸脱しない範囲で、とくに将来の技術の進展に伴って、これらの実施例を変更または修正することができることは、認識されるべきである。
【符号の説明】
【００４９】
100  パッチアンテナ組立体
102A、102B  パッチアンテナ
104  パッチアンテナ地板
104A  パッチアンテナの放射面
106  回路基板
106A  回路基板の回路面
106B  回路基板およびパッチアンテナのグラウンド面
116  フィルタ回路
118  回路パターン
120  接合部
126A、126B  給電点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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