(57)【要約】【課題】指向性を狭くすることができるパッチアンテナを得る。【解決手段】パッチ基板１６をグランド部１２より小さくすることで、パッチ電極１８の周縁部１８Ａの周辺領域Ａの空気層を増やすことができる。つまり、従来のようにグランド部１２と同一形状のパッチ基板を採用した場合と比較すると、パッチ基板１６を小さくした分、周辺領域Ａの空気層を増やすことができる。このように、パッチ電極１８の周縁部１８Ａの周辺領域Ａの空気層を増やすことで、パッチ電極１８の周囲の誘電率が低くなり、パッチアンテナ１０の指向性（半値角）を狭くすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
グランド部と、
前記グランド部に載せられ、表面にパッチ電極が形成されると共に前記グランド部より小さいパッチ基板と、
を有することを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項２】
前記グランド部が、グランド基板の表面に形成されていることを特徴とする請求項１記載のパッチアンテナ。
【請求項３】
前記パッチ基板と前記グラント基板が同一材料であることを特徴とする請求項２記載のパッチアンテナ。
【請求項４】
前記パッチ基板の表面全体に前記パッチ電極が形成されることを特徴とする請求項１乃至３何れか１項記載のパッチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線通信端末のアンテナとして小型のパッチアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
パッチアンテナは、平板状の基板を備えており、例えばこの基板の表面（一方の板面）の中央部分には、基板よりも小さな面積とされた膜状のパッチ電極（例えば、銅箔から成るパッチ電極）が形成されている。また、この基板のパッチ電極が形成されている表面とは反対側の裏面（他方の板面）には、膜状のグランド部（例えば、銅箔から成るグランド）が全面的に形成されている。
【０００３】
このパッチ電極は、高周波信号伝送用の同軸ケーブルの内部導体とハンダにより導通しており、グランド部は、ハンダにより同軸ケーブルの外部導体と導通している。
【０００４】
このような小型のパッチアンテナは、例えば、有料道路の通行料金を無線通信によって自動的に決済する自動料金収受システム（以下、ＥＴＣという）を構成するＥＴＣ車載器に使用されている。
【０００５】
ＥＴＣ車載器のパッチアンテナは、車載状態ではケースに収容された状態で例えば立設されており、電波を車両前方に送信（放射）したり、車両前方から受信したりすることができる。
【０００６】
このようなＥＴＣ車載器が取り付けられた車両で有料道路を走行する際（例えば、高速道路のインターチェンジのＥＴＣゲートを通過する際）は、パッチアンテナを用いて、車両のＥＴＣ車載器とゲート側の通信端末との無線通信によりデータの送受信が行われる。
【０００７】
しかしながら、ゲート側の通信端末は車高よりも高い位置に設置されているため、車両がＥＴＣゲートを通過する際に、ＥＴＣ車載器は、走行中の車両からは車両前方かつ車両上方に位置する通信端末と通信しなければならない。
【０００８】
従って、パッチアンテナの指向方向がＥＴＣゲート側の通信端末に向いていない場合は、データの送受信が良好には行われなくなるおそれがある。
【０００９】
そこで、パッチ電極を基板の中央部分から移動させることで、アンテナの指向方向を制御するパンチアンテナが提案されている。（特許文献１）
【特許文献１】特開２００６−１９７４２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、アンテナの指向方向を制御しても車がＥＴＣゲートを通過する際に、ＥＴＣゲート側の通信端末からの電波が、パッチアンテナに直接入るものと、さまざまな物によって反射して入るものがあり、反射波による妨害（マルチパス）が起こり、データの送受信が良好に行われない場合がある。
【００１１】
この対策として、ＥＴＣ車載器のパッチアンテナの指向性を狭く（半値角を狭く）することが考えられる。
【００１２】
本発明は、上記事実を考慮して、パッチアンテナの指向性を狭くすることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の請求項１に係るパッチアンテナは、グランド部と、前記グランド部に載せられ、表面にパッチ電極が形成されると共に前記グランド部より小さいパッチ基板と、を有することを特徴とする。
【００１４】
上記構成によれば、パッチ基板をグランド部より小さくすることで、パッチ電極周縁部の周辺領域の空気層を増やすことができる。これにより、パッチ電極の周囲の誘電率が低くなり、パッチアンテナの指向性を狭くすることができる。
【００１５】
本発明の請求項２に係るパッチアンテナは、請求項１記載において、前記グランド部が、グランド基板の表面に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、グランド部がグランド基板の表面に形成されている。このため、装置等にこのパッチアンテナを実装する場合は、グランド基板に取付穴等を加工して装置に取り付けることでパッチアンテナを装置に容易に実装することができる。
【００１７】
本発明の請求項３に係るパッチアンテナは、請求項２記載において、前記パッチ基板と前記グラント基板が同一材料であることを特徴とする。
【００１８】
上記構成によれば、パッチ基板とグランド基板が同一材料で成形されている。つまり、パッチ基板の線膨張係数とグランド基板の線膨張係数が同一である。
【００１９】
このため、環境温度が変化しても同じように膨張及び収縮するため、膨張係数の違いにより発生する応力が無いため、環境温度の変化による耐久性を向上させることができる。
【００２０】
本発明の請求項４に係るパッチアンテナは、請求項１乃至３何れか１項記載において、前記パッチ基板の表面全体に前記パッチ電極が形成されることを特徴とする。
【００２１】
上記構成によれば、パッチ基板の表面全体にパッチ電極が形成されている。つまり、パッチ電極のサイズまでパッチ基板が小さくされており、パッチ電極周縁部の周辺領域の空気層をさらに増やすことができるため、パッチアンテナの指向性をさらに狭くすることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のパッチアンテナによれば、指向性を狭くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
本発明に係るパッチアンテナ１０について、図１〜図５に従って説明する。
【００２４】
図５に示されるように、パッチアンテナ１０は、表面にグランド部１２が形成されたグランド基板１４と、グランド部１２に載せられる厚さ１．６ｍｍのパッチ基板１６と、を備えている。
【００２５】
図３（Ａ）に示されるように、グランド基板１４は、正方形状の一辺に台形形状が追加された６角形状の平面を備える板状とされたおり、グランド基板１４の表面には、膜状の銅箔から成るグランド部１２が、グランド基板１４の正方形状の部分に設けられている。
【００２６】
また、グランド部１２の中には、グランド部１２を保護するグリーンマスクが剥ぎ取られた正方形状の開口部２２が設けられており、この開口部２２で、パッチ基板１６（図５参照）の裏面とグランド基板１４が接続される構成となっている。また、グランド部１２には、６つの円筒状のスルーホール２４が設けられており、このスルーホール２４で、グランド部１２は、グランド基板１４の裏面に設けられた矩形状の接地電極２６（図３（Ｂ）参照）と導通している。さらに、グランド基板１４の中央部には、後述するパッチ電極１８（図２参照）と導通する円筒状のスルーホール２８が、グランド部１２及び接地電極２６と非接触状態を保ちながら、パッチ電極１８の給電点として設けられている。
【００２７】
図２（Ａ）に示されるように、グランド部１２に載せられる、正方形状のパッチ基板１６は、グランド基板１４（図５参照）と同じ材料で成形されており、さらに、グランド部１２より小さく設けられている。また、パッチ基板１６の表面に形成される膜状の銅箔から成るパッチ電極１８は、パッチ基板１６の表面より一回り小さく形成されており、パッチ電極１８には、図４に示されるように、前述したパッチ電極１８と導通する円筒状のスルーホール２８がパッチ電極１８からグランド基板１４の裏面にかけて設けられている。
【００２８】
また、図２（Ｂ）に示されるように、パッチ基板１６の裏面には、グランド基板１４の表面に設けられた４つの開口部２２（図３（Ａ）参照）と対向する位置に、開口部２２と接続される正方形状の銅箔から成る接続部３０が設けられている。
【００２９】
以上により、図１に示されるように、グランド基板１４の表面に形成されたグランド部１２に、パッチ基板１６を取り付けることでパッチアンテナ１０が形成されている。
【００３０】
さらに、グランド基板１４の裏面（図１（Ｂ）に示す下側）には、高周波信号伝送用の同軸ケーブル３２が設けられている。
【００３１】
詳細には、図４に示されるように、同軸ケーブル３２の一端部の中心導体３２ＡがＬ字状に折り曲げられ、スルーホール２８の内部に挿入され、給電点であるスルーホール２８の内壁にハンダで接続されている。さらに、中心導体３２Ａを被覆する筒状の誘電体部３２Ｂの周りには、網状の外部導体３２Ｃが設けられており、外部導体３２Ｃは、ハンダでグランド基板１４の裏面に設けられた接地電極２６に接続されている。つまり、外部導体３２Ｃは、接地電極２６及びスルーホール２４を介してグランド部１２に接続されるようになっている。
【００３２】
さらに、図５に示されるように、同軸ケーブル３２の他端には、コネクタ３４が設けられており、このコネクタ３４を介してパッチアンテナ１０は図示せぬ送受信モジュールと接続されている。
【００３３】
この送受信モジュールは、電源から電力が供給されるようになっており、同軸ケーブル３２を介して送受信モジュールからパッチアンテナ１０に給電できるようになっている。さらに、送受信モジュールは、パッチ電極１８が送信及び受信する電波を管理するようになっている。
【００３４】
以上の構成から成るパッチアンテナ１０によると、図１（Ａ）に示されるように、パッチ基板１６をグランド部１２より小さくすることで、図１（Ｂ）に示されるように、パッチ電極１８の周縁部１８Ａの周辺領域Ａの空気層を増やすことができる。つまり、従来のようにグランド部１２と同一形状のパッチ基板を採用した場合と比較すると、パッチ基板１６を小さくした分、周辺領域Ａの空気層を増やすことができる。
【００３５】
このように、パッチ電極１８の周縁部１８Ａの周辺領域Ａの空気層を増やすことで、パッチ電極１８の周囲の誘電率が低くなり、パッチアンテナ１０の指向性（半値角）を狭くすることができる。
【００３６】
ここで、グランド部１２と同一形状のパッチ基板を採用した従来のパッチアンテナの指向性（半値角）と本実施形態に係るパッチアンテナ１０の指向性（半値角）を実験で確認した結果、従来品の半値角が８７°程度だったのに対し、本願発明のパッチアンテナ１０が７７°〜８０°程度と１割弱狭くなることを本願発明者は確認した。
【００３７】
また、このパッチアンテナ１０の用途としては、有料道路の通行料金を無線通信によって自動的に決済する自動料金収受システム（ＥＴＣ）を構成するＥＴＣ車載器に使用することが考えられる。例えば、高速道路のＥＴＣゲート側の通信端末からの電波は、車両に搭載されたＥＴＣ車載器のアンテナに直接入るものと、さまざまな物によって反射して入るものがあり、反射波による妨害（マルチパス）が起こり、良好な通信状態ではなくなる場合がある。しかし、このパッチアンテナ１０をＥＴＣ車載器に使用することで、パッチアンテナ１０の指向性（半値角）を狭くすることができるため、マルチパスを抑制して良好な通信状態を保つことができる。
【００３８】
なお、本願発明のパッチアンテナ１０を、ＥＴＣ車載器の一部を構成するアンテナとして説明したが、パッチアンテナ１０は、例えば、ＶＩＣＳ（道路交通情報通信システム）の受信機の一部を構成するアンテナ、ＲＫＥ（リモートキーレスエントリー装置）の一部を構成するアンテナ、ＴＰＭＳ（タイヤ空気圧モニタリングシステム）の一部を構成するアンテナ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを利用した無線通信システムの一部を構成するアンテナ等、各種のアンテナとして適用可能である。
【００３９】
また、パッチアンテナ１０のグランド部１２がグランド基板１４の表面に形成されているため、ＧＰＳ機能付携帯電話のアンテナやラジオ用受信アンテナとして使用する場合は、グランド基板１４に取付穴等を追加することで携帯電話やラジオ等の筐体に容易に取り付けることができる。
【００４０】
また、パッチ基板１６とグランド基板１４が同一材料で形成されているため、パッチ基板１６の線膨張係数とグランド基板１４の線膨張係数が同一となり、環境温度が変化しても同じように膨張及び収縮する。
【００４１】
つまり、工場出荷後に、パッチアンテナ１０が実装された装置がさらされる環境温度が変化しても、パッチ基板１６とグランド基板１４が同じように膨張及び収縮するため、互いに無理な応力をかけることがない。このため、環境温度の変化によるパッチアンテナ１０の耐久性を向上させることができる。
【００４２】
また、本実施形態に係るパッチアンテナ１０は、板状のグランド基板１４に板状のパッチ基板１６を載せて、開口部２２にて接続させるだけで組み立てることができる。つまり、一般のチップ部品の実装と同様に行うことができ、パッチアンテナ１０を容易に作成することができる。
【００４３】
なお、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、上記実施形態では、パッチ電極１８は、パッチ基板１６の表面より一回り小さく形成されているが、これに替えて、パッチ基板１６の表面全体にパッチ電極１８を形成させてもよい。
【００４４】
パッチ基板１６の表面全体にパッチ電極１８を形成させた場合、つまり、パッチ電極のサイズまでパッチ基板が小さくした場合には、パッチ電極１８の周縁部１８Ａの周辺領域Ａの空気層をさらに増やすことができるため、パッチアンテナ１０の指向性をさらに狭くすることができる。
【００４５】
次に、本発明のパッチアンテナ１０の第２実施形態を図６、図７に従って説明する。
【００４６】
なお、第１実施形態と同一部材については、同一符号を付してその説明を省略する。図６に示されるように、この実施形態では第１実施形態のように、グランド部１２と接地電極２６とを導通させるスルーホール２４は、６個ではなく１２個設けられている。
【００４７】
さらに、図６（Ｂ）に示されるように、接地電極２６は、パッチ電極１８と導通するスルーホール２８と非接触状態を保ちながら囲むように設けられており、第１実施形態に比べて２倍以上の面積に設定されている。
【００４８】
図７に示されるように、この構成により、同軸ケーブル３２の外部導体３２Ｃとグランド部１２との導通性は、スルーホール２４が増えた分良好となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】（Ａ）本発明の第１実施形態に係るパッチアンテナの平面図である。（Ｂ）本発明の第１実施形態に係るパッチアンテナの側面図である。（Ｃ）本発明の第１実施形態に係るパッチアンテナの底面図である。
【図２】（Ａ）本発明の第１実施形態に係るパッチアンテナを構成するパッチ基板及びパッチ電極等を示した平面図である。（Ｂ）本発明の第１実施形態に係るパッチアンテナを構成するパッチ基板及びパッチ電極等を示した底面図である。
【図３】（Ａ）本発明の第１実施形態に係るパッチアンテナを構成するグランド基板等を示した平面図である。（Ｂ）本発明の第１実施形態に係るパッチアンテナを構成するグランド基板等を示した底面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るパッチアンテナの中心部を側方からみた断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るパッチアンテナを示した分解斜視図である。
【図６】（Ａ）本発明の第２実施形態に係るパッチアンテナを構成するグランド基板等を示した平面図である。（Ｂ）本発明の第２実施形態に係るパッチアンテナを構成するグランド基板等を示した底面図である。
【図７】（Ａ）本発明の第２実施形態に係るパッチアンテナの平面図である。（Ｂ）本発明の第２実施形態に係るパッチアンテナの側面図である。（Ｃ）本発明の第２実施形態に係るパッチアンテナの底面図である。
【符号の説明】
【００５０】
１０   パッチアンテナ
１２   グランド部
１４   グランド基板
１６   パッチ基板
１８   パッチ電極
【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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