(57)【要約】【課題】小型化を図りながら良好な比帯域を得ることができる方形パッチアンテナを提供する。【解決手段】方形に形成された導体板１１の下側に給電用接栓として同軸コネクタ１２を設けると共に、上側に所定の間隔で方形のパッチアンテナ素子１３を設ける。すなわち、導体板１１の上側に比誘電率が約「１」の空気層を介して一辺の長さが約λ／４のパッチアンテナ素子１３を設ける。パッチアンテナ素子１３には、中央部に方形の窓部１４を設ける。この窓部１４部分に第１の給電点１５を設け、λ／４インピーダンス整合器１６を介してパッチアンテナ素子１３の内側辺に接続し、第１の給電点１５のインピーダンスを例えば５０Ωの値に設定する。そして、第１の給電点１５に上記同軸コネクタ１２の中心導体１２ａを接続して給電する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略方形状に形成された導体板と、前記導体板の一方の面に所定の間隔で対向して設けられる方形のパッチアンテナ素子と、前記パッチアンテナ素子の中央部に設けられる方形の窓部と、前記窓部内に設けられる第１の給電点と、前記給電点とパッチアンテナ素子の内側辺との間に設けられ、該給電点のインピーダンスを低インピーダンスに整合するλ／４インピーダンス整合器と、前記第１の給電点の直下の位置の前記導体板の第２の給電点とからなることを特徴とする方形パッチアンテナ。
【請求項２】
略方形状に形成された導体板と、前記導体板の一方の面に所定の間隔で対向して設けられる絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成される方形のパッチアンテナ素子と、前記パッチアンテナ素子の中央部に設けられる方形の窓部と、前記窓部内において前記絶縁基板上に設けられる第１の給電点と、前記給電点とパッチアンテナ素子の内側辺との間に設けられ、該給電点のインピーダンスを低インピーダンスに整合するλ／４インピーダンス整合器と、前記第１の給電点の直下の位置の前記導体板の第２の給電点とからなることを特徴とする方形パッチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＶＨＦ帯、ＵＨＦ帯等の周波数帯で使用される方形パッチアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＲＦＩＤ（Radio Frequency IDentification）リーダライタで使用されるＲＦＩＤ用アンテナとしてパッチアンテナが使用されている。従来のパッチアンテナは、厚さが１０ｍｍ程度の誘電体基板の一方の面に導体板（グランド板）を設けると共に他方の面にパッチアンテナ素子を配置し、このパッチアンテナ素子の給電点に上記導体板に設けた同軸コネクタから給電線路を介して給電するように構成している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
上記パッチアンテナにおいて、限られたスペースや高さが制限されたスペース等に設置するために小型化が要求される場合がある。パッチアンテナの小型化を図る場合、誘電体基板として高誘電率のものを使用することで実現することができる。
【０００４】
しかしながら、高誘電率の基板は、誘電体損失が大きく、共振の鋭さを表すＱ値（Quality factor）が高くなるために周波数帯域が狭くなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２７１１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようにパッチアンテナの小型化を図る場合、誘電体基板として高誘電率のものを使用することで実現することができるが、周波数帯域が狭くなるという問題がある。例えば誘電体基板として誘電率が「４．５〜５．２」のガラスエポキシ樹脂を使用してパッチアンテナを構成した場合、小型化することは可能であるが、ＶＳＷＲ≦２の比帯域が０．５％未満と狭くなると共に利得も低下してしまう。また、誘電体基板として低誘電率、例えば誘電率が「２．５」程度のテフロン（登録商標）ガラスクロスを使用してパッチアンテナを構成した場合は、ＶＳＷＲ≦２の比帯域を１％程度に広くすることができるが、アンテナが大きくなってしまうという問題がある。
【０００７】
上記のように従来のパッチアンテナでは、小型化を図りながら良好な比帯域を得ることは困難である。
【０００８】
本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、小型化を図りながら良好な比帯域を得ることができる方形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】
【０００９】
第１の発明に係る方形パッチアンテナは、略方形状に形成された導体板と、前記導体板の一方の面に所定の間隔で対向して設けられる方形のパッチアンテナ素子と、前記パッチアンテナ素子の中央部に設けられる方形の窓部と、前記窓部内に設けられる第１の給電点と、前記給電点とパッチアンテナ素子の内側辺との間に設けられ、該給電点のインピーダンスを低インピーダンスに整合するλ／４インピーダンス整合器と、前記第１の給電点の直下の位置の前記導体板の第２の給電点とからなることを特徴とする。
【００１０】
第２の発明に係る方形パッチアンテナは、略方形状に形成された導体板と、前記導体板の一方の面に所定の間隔で対向して設けられる絶縁基板と、前記絶縁基板上に形成される方形のパッチアンテナ素子と、前記パッチアンテナ素子の中央部に設けられる方形の窓部と、前記窓部内において前記絶縁基板上に設けられる第１の給電点と、前記給電点とパッチアンテナ素子の内側辺との間に設けられ、該給電点のインピーダンスを低インピーダンスに整合するλ／４インピーダンス整合器と、前記第１の給電点の直下の位置の前記導体板の第２の給電点とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、導体板とパッチアンテナ素子とを比誘電率が約「１」の空気層を介して対向配置すると共に、パッチアンテナ素子の中央部に窓部を形成することにより、小型化を図りながら良好な比帯域を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る方形パッチアンテナの基本構成を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図３】同実施例１における方形パッチアンテナの具体的な構成例を示す平面図である。
【図４】図３におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。
【図５】同実施例１に係る方形パッチアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図である。
【図６】同実施例１に係る方形パッチアンテナの電界面指向性を示す図である。
【図７】同実施例１に係る方形パッチアンテナの磁界面指向性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１は本発明の実施例１に係る方形パッチアンテナの基本構成を示す平面図、図２は図１におけるＡ−Ａ線矢視断面図である。
【００１５】
図１及び図２において、１１は方形に形成された導体板（グランド板）で、一辺の長さＬ１は約λ／３、厚さは０．６〜１．６ｍｍ程度に設定される。上記λはアンテナの中心周波数における波長を示している。上記導体板１１の下側には給電用接栓として同軸コネクタ１２が設けられ、導体板１１の上側には所定の間隔ｄで方形のパッチアンテナ素子１３が設けられる。すなわち、導体板１１の上側に比誘電率が約「１」の空気層を介してパッチアンテナ素子１３が設けられる。上記導体板１１とパッチアンテナ素子１３との間隔ｄは、使用周波数や特性等によって異なるが約１０ｍｍ前後に設定される。また、パッチアンテナ素子１３は、一辺の長さＬ２が約λ／４に設定される。上記同軸コネクタ１２は、詳細を後述するパッチアンテナ素子１３の給電点１５に対応して設けられる。
【００１６】
上記パッチアンテナ素子１３には、パッチアンテナ素子の中央部を方形に除いた窓部１４が設けられる。窓部１４の一辺の長さＬ３は、求める特性に応じて任意に設定することが可能であるが、好ましくは約λ／８に設定される。上記窓部１４部分に第１の給電点（不平衡線路によるプラス側給電点）である給電点１５が設けられる。この給電点１５は、λ／４インピーダンス整合器１６を介してパッチアンテナ素子１３の内側辺に接続される。λ／４インピーダンス整合器１６は、線幅ｔが約２〜３ｍｍ、長さが約λ／４のマイクロストリップラインによって構成される。λ／４インピーダンス整合器１６とパッチアンテナ素子１３との接続点のインピーダンスは約５００Ωであり、通常の方形パッチアンテナより高いので、給電点１５のインピーダンス例えば５０Ωに整合するようにλ／４インピーダンス整合器１６を設けている。上記λ／４インピーダンス整合器１６は、長さが約λ／４であれば任意の形状に形成することができるが、線幅ｔによって変換するインピーダンスの値を調整する。
【００１７】
そして、上記給電点１５には、当該給電点の直下の導体板１１の下側に設けた同軸コネクタ１２の中心導体１２ａが接続される。同軸コネクタ１２の当該外導体が第２の給電点（不平衡線路によるマイナス側給電点）となり導体板１１に接続される。
【００１８】
上記のように導体板１１とパッチアンテナ素子１３とを比誘電率が約「１」の空気層を介して対向配置すると共に、パッチアンテナ素子１３の中央部に窓部１４を形成することにより、広い周波数帯域を保ちながら小型化を図ることができる。
【００１９】
次に上記方形パッチアンテナの具体的な構成例について図３及び図４を参照して説明する。
【００２０】
図３は上記方形パッチアンテナの具体的な構成例を示す平面図、図４は図３におけるＢ−Ｂ線矢視断面図である。図３及び図４に示した方形パッチアンテナでは、導体板１１の上側に所定の間隔で方形状の絶縁基板２１を設け、この絶縁基板２１上にパッチアンテナ素子１３、窓部１４、給電点１５、λ／４インピーダンス整合器１６を設けている。
【００２１】
上記絶縁基板２１としては、例えば厚さが約０．６ｍｍ、一辺の長さＬ４がλ／４＋１０ｍｍのガラスエポキシ樹脂等の誘電体基板を使用し、パッチアンテナ素子１３より外側に位置する周辺部分において、ボルト２２及びナット２３を使用して導体板１１に装着している。この場合、各ボルト２２には、導体板１１と絶縁基板２１との間に円筒状のスペーサ２４を介在し、導体板１１と絶縁基板２１との間を所定の間隔に保っている。
【００２２】
上記パッチアンテナ素子１３は、絶縁基板２１上に例えば銅箔等により形成し、その中央部分に図１及び図２に示したように窓部１４を設ける。そして、この窓部１４部分に給電点１５を設け、λ／４インピーダンス整合器１６を介してパッチアンテナ素子１３の内側辺に接続している。
【００２３】
その他の構成は、図１及び図２に示したものと同じであるので詳細な説明は省略する。
【００２４】
図５は図３及び図４に示すように構成した方形パッチアンテナのＶＳＷＲ特性を示す図、図６は電界面指向性を示す図、図７は磁界面指向性を示す図である。
【００２５】
上記図５〜図７は、
方形パッチアンテナの送受信周波数を３０４．３ＭＨｚ
導体板１１の一辺の長さＬ１をλ／３
パッチアンテナ素子１３の一辺の長さＬ２をλ／４
窓部１４の一辺の長さＬ２をλ／８
絶縁基板２１として厚さが０．６ｍｍのガラスエポキシ樹脂を使用し、一辺の長さをλ／４＋１０ｍｍ
導体板１１とパッチアンテナ素子１３との間隔を１０．６ｍｍ
に設定したときの特性を示している。
【００２６】
上記実施例１に係る方形パッチアンテナは、図５に示すようにＶＳＷＲが２以下において約１％の比帯域が得られ、且つ従来の方形パッチアンテナに比較して面積で約４３％の大きさに小型化することができる。なお、図３及び図４に示した例では、絶縁基板２１上にパッチアンテナ素子１３を形成しているが、絶縁基板２１は厚さの薄いものを使用し、絶縁基板２１と導体板１１との間に空気層を設けているので、絶縁基板２１を用いた影響は無く、小型化を図りながら良好な比帯域を得ることができる。
【００２７】
また、電界面指向性及び磁界面指向性においても、図６及び図７に示したように良好な指向性とすることができる。
【００２８】
なお、上記図３及び図４に示した例では、絶縁基板２１上にパッチアンテナ素子１３を形成した場合について示したが、パッチアンテナ素子１３として充分な厚さを有する導体板を用いて構成し、パッチアンテナ素子１３を絶縁体からなる棒状あるいは筒状の支持部材により導体板１１上に支持するようにしてもよい。このように構成した場合には、絶縁基板２１を省略でき、導体板１１とパッチアンテナ素子１３との間に空気層のみを介在させることができる。
【００２９】
また、本発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できるものである。
【符号の説明】
【００３０】
１１…導体板、１２…同軸コネクタ、１２ａ…同軸コネクタの中心導体、１３…パッチアンテナ素子、１４…窓部、１５…給電点、１６…インピーダンス整合器、２１…絶縁基板、２２…ボルト、２３…ナット、２４…スペーサ。
【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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