(57)【要約】【課題】簡単な構造で、円錐ビームの放射角度を任意に調整することができると共に高い利得を得ることができるパッチアンテナ装置を提供する。【解決手段】パッチアンテナ装置１は、誘電体基体２とグランド電極３と複数の放射電極４と給電回路５とを備える。給電回路５は、基部５０で連結された放射状の８本の線路５１〜５８で構成されており、電力は入出力線路５ａ及びビアホール５ｂを通じて給電部から給電回路５に供給される。各線路５１（５２〜５８）は、２枚の放射電極４（４１），４（４２）を間隔ｃで直列に接続しており、この間隔ｃを調整することで、内側円Ｃ１円上の８枚の放射電極４（４１）に供給される電力と外側円Ｃ２上の８枚の放射電極４（４２）に供給される電力との位相差を調整することができる。【選択図】図１
2008219322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基体と、この誘電体基体の内部又は裏面に設けられたグランド電極と、誘電体基体の表面に設けられた複数の放射電極と、給電部からの電力を各放射電極に給電する給電回路とを備えるパッチアンテナ装置であって、
上記給電回路を、基部で連結しこの基部から径方向に放射状に延出した複数本の線路により形成して、上記給電部を上記基部に接続し、
第１番目の上記放射電極から第ｎ（ｎは２以上の正整数）番目の上記放射電極を、各線路上に、各線路の基部側から先端部側に向けて順次所定間隔で形成すると共に、全ての線路上に在る上記第ｍ（ｍは１〜ｎの正整数）番目の放射電極の全てを、上記基部を中心とする同一円上に配し、
各線路上の第ｍ番目の放射電極と第ｍ＋１番目の放射電極との間隔を、これら第ｍ番目の放射電極と第ｍ＋１番目の放射電極とに給電する電力に位相差が生じるように、設定した、
ことを特徴とするパッチアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のパッチアンテナ装置において、
複数の分岐線路を有した分岐回路を、各線路上の第ｍ番目の放射電極の先に設けて、第ｍ＋１番目の放射電極を、この分岐回路の複数の分岐線路にそれぞれ形成し、これら第ｍ＋１番目の放射電極の全てを、上記基部を中心とする同一円上に配した、
ことを特徴とするパッチアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のパッチアンテナ装置において、
供給される電力の位相を調整するための折り曲げ部を、上記各線路の部位であって、上記基部と第１番目の放射電極との間の部位に設けた、
ことを特徴とするパッチアンテナ装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のパッチアンテナ装置において、
上記誘電体基体の比誘電率を、４．０以上に設定した、
ことを特徴とするパッチアンテナ装置。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を備える、
ことを特徴とする高周波モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、パーソナル通信，携帯電話等の移動通信又は無線ＬＡＮ等で用いる円錐ビーム放射型のパッチアンテナ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のパッチアンテナ装置としては、例えば、特許文献１や特許文献２に開示の技術がある。
特許文献１に開示のパッチアンテナ装置１００は、図２０に示すように、複数の円形放射電極１０２を誘電体基体１０１の表面に鉛直軸周りに回転対称に等間隔で配置し、グランド電極１０３と共にマイクロストリップラインを形成する放射状の給電回路１０４を、誘電体基体１０１の表面に設け、給電回路１０４の各先端を、円形放射電極１０２の給電点に接続した構成になっている。
かかる構成により、同位相で且つ不等振幅な電力を、給電回路１０４を通じて円形放射電極１０２の給電点に給電することで、円錐ビームを放射させるようになっている。
【０００３】
一方、特許文献２に開示のパッチアンテナ装置２００は、図２１に示すように、複数の円形放射電極２０１を誘電体基体２０４の表面に多重に配列し、内側円Ｃ１上の円形放射電極２０１に供給する電力の位相と外側円Ｃ２の円形放射電極２０１に供給する電力の位相とに、差を設け、かかる位相差を調整することで、円錐ビームの放射角度を希望の角度に調整することができるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−１５２２３４号公報
【特許文献２】特開平０７−１３１２３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記した従来の技術では、次のような問題がある。
まず、図２０に示したパッチアンテナ装置では、円形放射電極１０２の配列が、１重配列であるので、円錐ビームの放射角度を任意の角度に調整することができない。しかも、円形放射電極１０２の数が少ないので、利得が小さく、７ｄＢｉ以上の利得を得ることができない。
これに対して、図２１に示したパッチアンテナ装置２００では、円形放射電極２０１の配列が、多重配列であるので、円錐ビームの放射角度を任意の角度に調整することができ、しかも、円形放射電極２０１の数が多いので、利得が大きく、７ｄＢｉ以上の利得を得ることができる。しかしながら、このパッチアンテナ装置２００では、図２１に示すように、給電部２１０からの電力を内側円Ｃ１上の円形放射電極２０１に給電するための専用の給電回路２１１と外側円Ｃ２の円形放射電極２０１に給電するための専用の給電回路２１２が必要であり、これらの給電回路２１１，２１２を、誘電体基体２０３の表面や内部に別々に形成する必要がある。このため、パッチアンテナ装置２００の構造が繁雑になり、製造コストが高くなる。
【０００６】
この発明は、上述した課題を解決するためになされたもので、簡単な構造で、円錐ビームの放射角度を任意に調整することができると共に高い利得を得ることができるパッチアンテナ装置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】
【０００７】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、誘電体基体と、この誘電体基体の内部又は裏面に設けられたグランド電極と、誘電体基体の表面に設けられた複数の放射電極と、給電部からの電力を各放射電極に給電する給電回路とを備えるパッチアンテナ装置であって、給電回路を、基部で連結しこの基部から径方向に放射状に延出した複数本の線路により形成して、給電部を基部に接続し、第１番目の放射電極から第ｎ（ｎは２以上の正整数）番目の放射電極を、各線路上に、各線路の基部側から先端部側に向けて順次所定間隔で形成すると共に、全ての線路上に在る第ｍ（ｍは１〜ｎの正整数）番目の放射電極の全てを、基部を中心とする同一円上に配し、各線路上の第ｍ番目の放射電極と第ｍ＋１番目の放射電極との間隔を、これら第ｍ番目の放射電極と第ｍ＋１番目の放射電極とに給電する電力に位相差が生じるように、設定した構成とする。
かかる構成により、給電部から給電回路の基部に所定周波数の電力が給電されると、同振幅で同位相の電力が、この基部から放射状に延出した複数の線路に伝搬する。このとき、第１番目の放射電極から第ｎ番目の放射電極が、各線路上に、先端部側に向けて順次所定間隔で形成されているので、第１番目の放射電極から第ｎ番目の放射電極から放射される電波全体の利得を高くすることができる。しかも、各線路上の第ｍ番目の放射電極と第ｍ＋１番目の放射電極との間隔が、これらの放射電極とに給電する電力に位相差が生じるように、設定されているので、第ｍ番目の放射電極からの電波と第ｍ＋１番目の放射電極からの電波とに位相差が生じる。したがって、これら放射電極の間隔を調整することで、第１番目の放射電極から第ｎ番目の放射電極から放射される電波全体の放射角を調整することができる。そして、全ての線路上に在る第ｍ番目の放射電極の全てが、基部を中心とする同一円上に配されているので、所望利得の円錐ビームを所望放射角度で放射することができる。
【０００８】
請求項２の発明は、請求項１に記載のパッチアンテナ装置において、複数の分岐線路を有した分岐回路を、各線路上の第ｍ番目の放射電極の先に設けて、第ｍ＋１番目の放射電極を、この分岐回路の複数の分岐線路にそれぞれ形成し、これら第ｍ＋１番目の放射電極の全てを、基部を中心とする同一円上に配した構成とする。
かかる構成により、周方向の放射電極の数密度を高めることができ、この結果、円錐ビームの周方向一様性を向上させることができる。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のパッチアンテナ装置において、供給される電力の位相を調整するための折り曲げ部を、各線路の部位であって、基部と第１番目の放射電極との間の部位に設けた構成とする。
かかる構成により、折り曲げ部の長さを調整することで、線路上の電力の反射特性を改善することができる。この結果、利得の増加を図ることができる。
【００１０】
請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のパッチアンテナ装置において、誘電体基体の比誘電率を、４．０以上に設定した構成とする。
【００１１】
請求項５の発明に係る高周波モジュールは、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のパッチアンテナ装置を備える構成とした。
【発明の効果】
【００１２】
以上詳しく説明したように、この発明のパッチアンテナ装置によれば、複数の放射電極を各線路上に順次所定間隔で形成して、各線路上の放射電極から放射される電波の利得を高くすることができ、しかも、各放射電極に給電する電力に位相差を設けて、各線路上の放射電極から放射される電波の放射角を任意に調整することができるので、例えば７ｄＢｉ以上という高い利得の円錐ビームを所望放射角度で放射させることができるという優れた効果がある。
また、給電回路を放射状に延出した複数本の線路で形成して、放射電極をこれらの線路上に形成した構成であるので、図２１及び図２２に示した従来のパッチアンテナ装置のように、各周毎に専用の給電回路を必要としない。この結果、パッチアンテナ装置の構造が簡単になり、製造コストも低く抑えることができる。
さらに、各線路上の放射電極に給電する電力に位相差を設けて、放射角度を調整する構成であるので、簡単な給電システムで済む。
【００１３】
特に、請求項２の発明によれば、周方向の放射電極の数密度を高めることができ、この結果、円錐ビームの周方向における利得の一様性を高めることができるので、周方向のいかなる角度においても、良好な通信が可能となる。
【００１４】
また、請求項３の発明によれば、折り曲げ部の長さによって線路上の電力の反射特性を改善することができるので、放射電波の利得のさらなる増加を図ることができる。
【００１５】
請求項５の発明によれば、簡単な構造で、円錐ビームの放射角度を任意に調整することができると共に高い利得を得ることができる高周波モジュールを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、この発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１７】
図１は、この発明の第１実施例に係るパッチアンテナ装置の斜視図であり、図２は、パッチアンテナ装置の平面図であり、図３は、裏面側から見たグランド電極の平面図であり、図４は、裏面側から見たパッチアンテナ装置の平面図であり、図５は、図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【００１８】
図１に示すように、この実施例のパッチアンテナ装置１は、誘電体基体２とグランド電極３と複数の放射電極４と給電回路５とを備えている。
【００１９】
誘電体基体２は、所定比誘電率の誘電体を所定直径の円盤状にして形成したＬＴＣＣ（Low Temperature Co-fire Ceramic）基板である。
【００２０】
グランド電極３は、図３に示すように、ドーナッツ状を成し、ビアホールを避けるための孔３０が、このグランド電極３の中心部に設けられている。この実施例では、図１に示すように、誘電体基体２の外径とほぼ一致したグランド電極３を、誘電体基体２の内部に配設した。
【００２１】
放射電極４は、パッチ状の導体パターンであり、複数の放射電極４が誘電体基体２の表面２ａに設けられている。
図２に示すように、各放射電極４は、矩形状を成し、非励振方向を向く幅が「ａ」、励振方向を向く長さが「ｂ」に設定され、所定周波数で励振するようになっている。
【００２２】
給電回路５は、給電部からの電力をこのような放射電極４に給電するための回路である。この給電回路５は、誘電体基体２の表面２ａに設けられた８本の線路５１〜５８で構成され、グランド電極３と共にマイクロストリップ線路を成す。
具体的には、各線路５１（５２〜５８）を、長さが「ｒ」で幅が「ｗ」の直線状の導体パターンで形成する。そして、これら８本の線路５１〜５８を基部５０で連結し、線路５１〜５８を基部５０から誘電体基体２の半径方向に放射状に延出させた。
かかる給電回路５を構成する各線路５１（５２〜５８）は、２枚の放射電極４を直列に接続している。
具体的には、第１番目の放射電極４（４１）を各線路５１（５２〜５８）の途中に形成し、第２番目の放射電極４（４２）を各線路５１（５２〜５８）の先端部に形成した。すなわち、放射電極４１，４２を、間隔ｃを保持した状態で、各線路５１（５２〜５８）に直列に接続した。
【００２３】
このように、２つの放射電極４１，４２を各線路５１（５２〜５８）で直列に接続することで、８枚の放射電極４１が、基部５０を中心とする内側円Ｃ１上に等角度間隔で配列され、同じく８枚の放射電極４２が、基部５０を中心とする外側円Ｃ２上に等角度間隔で配列された状態になる。
【００２４】
上記のように複数の放射電極４を円周上に配し且つ２枚の放射電極４を各線路５１（５２〜５８）で直列に接続する給電回路５は、所定周波数の電力を基部５０から入力するようになっている。
具体的には、図１及び図５に示すように、電力の入出力線路５ａが、誘電体基体２の裏面２ｂに設けられ、この入出力線路５ａが、基部５０の真下に設けられたビアホール５ｂを通じて、基部５０に電気的に接続されている。
これにより、電力は、ビアホール５ｂを通じて給電回路５の基部５０に入力され、線路５１〜５８内を同位相で伝搬することとなる。そして、放射電極４１，４２の間隔ｃによって、内側円Ｃ１円上の放射電極４１に供給される電力と外側円Ｃ２上の放射電極４２に供給される電力とに位相差を生じさせる。
【００２５】
次に、この実施例のパッチアンテナ装置が示す作用及び効果について説明する。
図６は、パッチアンテナ装置１の作用及び効果を説明するための概略側面図である。
図６に示すように、パッチアンテナ装置１の入出力線路５ａを給電部１００に接続し、所定周波数の電力Ｗを入出力線路５ａに供給すると、電力Ｗが、ビアホール５ｂを介して給電回路５の基部５０に至る。そして、電力Ｗが基部５０から線路５１〜５８に分配される。すなわち、同振幅で同位相の電力Ｗが、基部５０から放射状に延出した８本の線路５１〜５８に出力されることとなる。
このとき、放射電極４１と放射電極４２とが、各線路５１（５２〜５８）上に順次間隔ｃで形成されているので、電力Ｗが放射電極４１に先に供給され、その後、電力Ｗが放射電極４２に供給される。このため、放射電極４１から放射される電波ｖ１と放射電極４２とから放射される電波ｖ２とに、放射電極４１，４２間の間隔ｃに対応した位相差δが発生する。そして、電波ｖ１，ｖ２の放射角が所定の角度θである場合に、電波ｖ１，ｖ２が強めあって、最大の利得を発生する。
したがって、放射電極４１，４２の間隔ｃを変えて、電波ｖ１，ｖ２の位相差δを調整することで、最大利得の電波Ｖ（ｖ１，ｖ２）を放射する放射角θを変化させることができる。このような電波Ｖ（ｖ１，ｖ２）は、全ての線路５１〜５８の放射電極４１，４２において生じるので、図６の二点鎖線で示すように、放射角θの円錐ビームＢが、パッチアンテナ装置１の表面から放射されることとなる。
【００２６】
このように、この実施例のパッチアンテナ装置１によれば、各線路５１（５２〜５８）の２枚の放射電極４１，４２からの電波ｖ１，ｖ２が互いに強め合うように、間隔ｃを設定することができるので、パッチアンテナ装置１から放射される円錐ビームＢの利得を高くすることができる。さらに、放射電極４１，４２の間隔ｃによって、円錐ビームＢの放射角θを任意に調整することができる。
また、８本の線路５１〜５８で形成された１つの給電回路５によって、全ての放射電極４に電力Ｗを供給することができる構成であるので、図２１及び図２２に示した従来のパッチアンテナ装置のように、各周専用の複数の給電回路を複数必要としない。この結果、製造コストの低減化を図ることができる。
さらに、放射電極４１，４２を間隔ｃで各線路５１（５２〜５８）上に直列に接続して、給電する電力Ｗに位相差を設ける構成であるので、簡単な給電システムで、放射電極４１，４２からの電波ｖ１，ｖ２に所望の位相差を発生させることができる。
【００２７】
発明者等は、かかる作用及び効果を確認すべく、次のようなシミュレーションを行った。
図７は、円錐ビームの放射パターン図である。
このシミュレーションでは、誘電体基体２として、比誘電率が８．８で直径が８．０ｍｍのＬＴＣＣ基板を用い、給電回路５の各線路５１（５２〜５８）の長さｒ及び幅ｗをそれぞれ４．５ｍｍ、０．２２ｍｍに設定した。そして、各放射電極４（４１，４２）の幅ａ及び長さｂをそれぞれ１．５ｍｍ、０．７４ｍｍに設定して、周波数６０ＧＨｚで励振するようにし、放射電極４１，４２の間隔ｃを２．０ｍｍに設定した。
かかる構造のパッチアンテナ装置１に、６０ＧＨｚの電力Ｗを給電回路５に供給した場合の円錐ビームＢの放射パターンを測定したところ、図７に示す結果を得た。
図７において、Ｘ−Ｙ平面が誘電体基体２の表面２ａであり、Ｚ軸が表面２ａの上方である。
【００２８】
図６に示したように、各線路５１（５２〜５８）の放射電極４１，４２から電波Ｖ（ｖ１，ｖ２）が放射角θで放射される。このため、図７に示すように、線路５１〜５８の各放射電極４１，４２からそれぞれ放射される電波の放射パターンＶ１（ｖ１，ｖ２）〜Ｖ８（ｖ１，ｖ２）が得られた。なお、図６において、点Ｐは、円周角φの位置で放射角θの角度に電波を放射した場合の利得（Ｒの長さ）を示す。
ところで、線路５１〜５８の隣り合う放射電極４２同士の間隔ｄは、図２に示すように、かなり大きい。このため、隣り合う例えば放射パターンＶ１，Ｖ２の間には、利得の谷間Ｍが発生する。この結果、円錐ビームの周方向の特性が、円周角φの位置によって異なることとなる。
【００２９】
図８は、円錐ビームの周方向の特性を示す線図である。
図８において、実線で示す利得曲線Ｓ１は、Ｘ−Ｙ平面と垂直なＸ−Ｚ平面（円周角φ＝０°）上の放射パターンＶ１，Ｖ５の放射角θと利得との関係を示す。また、破線で示す利得曲線Ｓ２は、放射パターンＶ１，Ｖ２間の谷間Ｍと放射パターンＶ５，Ｖ６間の谷間Ｍとを通る平面であってＸ−Ｙ平面と垂直な平面（円周角φ＝３０°）上の放射パターンの放射角θと利得との関係を示す。なお、他の放射パターンＶ２，Ｖ６（Ｖ３，Ｖ７やＶ４，Ｖ８）の放射角θと利得との関係も利得曲線Ｓ１と同様であり、これらの放射パターンの間の谷間間の放射角θと利得の関係も利得曲線Ｓ２と同様であることは勿論である。
利得曲線Ｓ１に示すように、このパッチアンテナ装置１では、線路５１，５５の放射電極４１，４２からの電波Ｖ１，Ｖ５の放射角θを６０°迄傾けることができ、また、そのときの最大利得として、約７．０ｄＢｉもの利得を得た。
一方、放射パターンＶ１，Ｖ５等の谷間では、利得曲線Ｓ２に示すように、放射角６０°で最大利得が３ｄＢｉ程度迄下がることが判明した。
すなわち、上記シミュレーションによって、この実施例のパッチアンテナ装置では、簡単な構造で、円錐ビームＢ（図６参照）の放射角θを６０°迄傾けることができ、しかも、約７．０ｄＢｉもの利得を得ることができることが判った。
【実施例２】
【００３０】
次に、この発明の第２実施例について説明する。
図９は、この発明の第２実施例に係るパッチアンテナ装置１′を示す平面図である。
この実施例のパッチアンテナ装置１′は、放射電極の周方向の配列を密にした点が、上記第１実施例と異なる。
上記第１実施例では、内側円Ｃ１上の放射電極４を密に配することができるが、外側円Ｃ２上の放射電極４の配列は疎になってしまう。このため、図７及び図８に示したように、隣り合う放射パターンの間に利得の谷間が発生し、円周方向の一様性に欠ける嫌いがある。
そこで、この実施例では、図９に示すように、最外の外側円Ｃ２上の放射電極４２の数を２倍にして、外側円Ｃ２上の放射電極４２の配列を密な状態にした。具体的には、２本の分岐線路６１，６２を有した分岐回路６を、各線路５１（５２〜５９）上の第１番目の放射電極４１の先に設けて、第２番目の放射電極４２を、この分岐回路の分岐線路６１，６２の先端部にそれぞれ形成した。これにより、放射電極４１の２倍の数の放射電極４２を、基部５０を中心とする外側円Ｃ２上に配した。
【００３１】
かかる構成により、外側円Ｃ２上の放射電極４２の配列が密になり、隣り合う放射パターンの間の谷間がほとんどなくなり、放射パターンの円周方向の一様性が向上する。
【００３２】
発明者等は、かかる作用及び効果を確認すべく、次のようなシミュレーションを行った。
図１０は、分岐回路６を示す部分拡大図であり、図１１は、円錐ビームの放射パターン図である。
このシミュレーションでは、  誘電体基体２として、比誘電率が８．８で直径が８．０ｍｍのＬＴＣＣ基板を用い、図１０に示すように、給電回路５の各線路５１（５２〜５９）の長さｒ及び幅ｗをそれぞれ５．６ｍｍ及び０．２２ｍｍにして、その特性インピーダンスを５６Ωに設定した。そして、放射電極４１の幅ａ１及び長さｂを１．３ｍｍ及び０．７４ｍｍ、放射電極４２の幅ａ２及び長さｂを１．５ｍｍ及び０．７４ｍｍに設定して、周波数６０ＧＨｚで励振するようにした。また、放射電極４１から分岐回路６の基部６０迄の距離ｅを０．１４５ｍｍに設定し、基部６０の長さｆ及び幅ｇを０．４９ｍｍ（管内波長の４分の１）及び０．４４ｍｍにして、特性インピーダンスを４０Ωに設定した。また、分岐線路６１，６２の幅も各線路５１（５２〜５８）の幅ｗと等しく設定して、それらの特性インピーダンスを５６Ωにした。そして、放射電極４１，４２の間隔ｃを１．７ｍｍに設定した。
かかる構造のパッチアンテナ装置１′に、６０ＧＨｚの電力を給電回路５に供給した場合の円錐ビームの放射パターンを測定したところ、図１１に示す結果を得た。
【００３３】
図１１に示すように、線路５１〜５９の各放射電極４１，４２からそれぞれ放射される電波放射パターンによって、円錐状の放射パターンが構成され、その周方向に谷間は発生していない。つまり、このパッチアンテナ装置１′においける円錐ビームの周方向の特性は、円周角φに拘わらず一定である。
【００３４】
図１２は、円錐ビームの周方向の特性を示す線図である。
図１２に示すように、Ｘ−Ｚ平面上の利得を示す利得曲線Ｓ１は、このパッチアンテナ装置が、放射角θを４８°迄傾けることができ、また、そのときの最大利得が、約７．３ｄＢｉにも至ることを示している。
一方、Ｘ−Ｚ平面に対して円周角φで３０°ずれた平面上の利得を示す利得曲線Ｓ２も利得曲線Ｓ１とほぼ同様の利得を示している。
すなわち、上記シミュレーションによって、放射角θを４８°迄傾けることができ、しかも、約７．３ｄＢｉもの利得を得ることができることが判った。さらに、円周方向でリプル幅が０．７５ｄＢ程度となり、円周方向でほぼ同利得となった。これにより、この実施例のパッチアンテナ装置１′を用いることで、円錐ビームの周方向の特性を一様にすることができることを確認した。
【００３５】
ところで、誘電体基体２の比誘電率εrを大きくする程、放射電極４（４２）の物理的寸法を小さくすることができ、多数の放射電極４２を外側円Ｃ２上に密に配列することができる。そこで、発明者等は、比誘電率εrの大きさと円錐ビームの周方向一様性との関係をシミュレーションして、好適な比誘電率εrを見つけ出すこととした。
図１３は、線路の長さや放射電極の寸法等を説明するための平面図であり、図１４は、シミュレーションの結果を示す表図である。
このシミュレーションでは、図１３に示す各線路５１（５２〜５６）の長さをこの実施例のパッチアンテナ装置の各線路５１（５２〜５９）の長さｒと同様に５．６ｍｍに設定し、誘電体基体２の比誘電率εrを変えながら、各比誘電率εrにおいて、作成可能な放射電極４２の幅ａ，長さｂ及び外側円Ｃ２上の数ｎと、放射電極４２同士の間隔ｄ１及び間隙ｄ２と、円錐ビームの周方向のリプル幅（ｄＢ）とを測定したところ、図１４に示すような結果を得た。
図１４に示すように、比誘電率εrが３．０の場合には、各放射電極４２の物理的寸法である幅ａ，長さｂが１．３ｍｍ，２．６ｍｍとなり、放射電極４２自体が大きくなる。このため、外側円Ｃ２上に配列可能な放射電極４２の数ｎが僅か「８」枚であり、隣り合う放射電極４２同士の間隔ｄ１と間隙ｄ２が大きくなってしまう。この結果、円錐ビームの周方向のリプル幅が５．９（ｄＢ）という非常に大きな値になってしまう。したがって、比誘電率εrが３．０以下の誘電体基体２を用いた場合には、周方向の一様性を保持したパッチアンテナ装置を設計することができないことが判る。
これに対して、比誘電率εrが４．０の場合には、各放射電極４２の幅ａ，長さｂが１．１ｍｍ，２．２ｍｍとなり、放射電極４２自体を小さくすることができる。このため、外側円Ｃ２上に配列可能な放射電極４２の数ｎが「１２」枚となり、放射電極４２同士の間隔ｄ１と間隙ｄ２が極めて小さくなる。この結果、円錐ビームの周方向のリプル幅が１．６（ｄＢ）という非常に小さな値になる。
したがって、比誘電率εrが５．０の場合に、リプル幅が多少大きくなるものの、比誘電率εrが４．０以上の誘電体基体２を用いることで、周方向の一様性を有した円錐ビームを放射可能なパッチアンテナ装置を設計することができることを確認した。
そこで、この実施例では、比誘電率εrが８．８の誘電体基体２を用い、１８枚の放射電極４２を９本の線路５１〜５９の外側円Ｃ２上に形成したパッチアンテナ装置を例示した。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例３】
【００３６】
次に、この発明の第３実施例について説明する。
図１５は、この発明の第３実施例に係るパッチアンテナ装置１′′を示す平面図であり、図１６は、折り曲げ部を示す部分拡大平面図である。
図１５に示すように、この実施例のパッチアンテナ装置１′′は、折り曲げ部７を線路５１〜５９に設けた点が、上記第２実施例と異なる。
具体的には、折り曲げ部７を、各線路５１（５２〜５９）の部位であって基部５０から第１番目の放射電極４１の間の部位に、形成した。
この折り曲げ部７は、基部５０から各線路５１（５２〜５９）に供給される電力の位相を調整するための部位であり、図１６に示すように、略コ字状を成す。すなわち、上記第１及び第２実施例においては破線で示すように直線上に形成されていた当該部分を、略コ字状に折り曲げて、各線路５１（５２〜５９）の長さを長くした。
かかる構成により、折り曲げ部７長さを調整することで、各線路５１（５２〜５９）上の電力の反射特性を改善することができる。
【００３７】
発明者等は、かかる作用及び効果を確認すべく、シミュレーションを行った。
図１７は、反射係数のシミュレーション結果を示す線図である。
このシミュレーションでは、まず、誘電体基体２，放射電極４１，４２及び分岐回路６について、上記第２実施例の図１１及び図１２に示すシミュレーション時と同様の設定を行い、折り曲げ部７を設けていないパッチアンテナ装置１′に対して、５５ＧＨｚ〜６５ＧＨｚの電力を供給し、各線路５１（５２〜５９）における反射係数を測定した。
すると、図１７の破線の反射係数曲線Ｓ３で示す結果を得た。すなわち、この場合には、反射係数が、６３ＧＨｚ近辺の周波数で約「−１５」ｄＢｉに下がるものの、その他の周波数では、高い値を示している。
次に、折り曲げ部７を各線路５１（５２〜５９）に設けたパッチアンテナ装置１′′について、各線路５１（５２〜５９）の長さを０．６ｍｍ長くし、電力の位相が１１０°遅れるように設定した。そして、その他の設定を上記シミュレーションと同じくして、各線路５１（５２〜５９）の反射係数を測定したところ、図１７の実線の反射係数曲線Ｓ４で示す結果を得た。
すなわち、この場合には、反射係数が、６０ＧＨｚ近辺〜６２ＧＨｚ近辺の周波数範囲で約「−１１」ｄＢｉ〜「−１７」ｄＢｉの範囲で下がっており、反射特性が広い帯域で改善されていることが確認された。
その他の構成、作用及び効果は、上記第２実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【実施例４】
【００３８】
次に、この発明の第４実施例について説明する。
図１８は、この発明の第４実施例に係るＲＦモジュールの概略断面図である。
図１８に示すように、この実施例のＲＦ（高周波）モジュール８は、上記第１，第２，又は第３実施例のいずれかの実施例のパッチアンテナ装置１（１′，１′′）を備えている。
具体的には、パッチアンテナ装置１（１′，１′′）がＲＦモジュール８の筐体８０の上部に配設され、アンテナスイッチ８１とパッチアンテナ装置１（１′，１′′）の給電部として機能する送信部８２と受信部８３と局所発振器８４とが、筐体８０内に収納されている。
そして、アンテナスイッチ８１がパッチアンテナ装置１（１′，１′′）の入出力線路５ａに接続され、送信部８２及び受信部８３がアンテナスイッチ８１に接続され、局所発振器８４が送信部８２及び受信部８３の各ミキサに接続されている。
送信部８２と受信部８３には、筐体８０に取り付けられた入力端子８５と出力端子８６が接続され、これらの入出力端子８５，８６を通じて、図示しないベースバンド部を送受信部８２，８３に接続することができるようになっている。
【００３９】
かかる構成により、ＩＦ（中間周波数）信号が、図示しないベースバンド部から入力端子８５を介して送信部８２に入力されると、ＩＦ信号が、ミキサによってミリ波帯の周波数を有したＲＦ信号にアップコンバートされる。そして、帯域外のＲＦ信号が帯域フィルタで除かれた後、帯域内のＲＦ信号がパワーアンプによって増幅されて、送信部８２から出力される。すると、このＲＦ信号は、アンテナスイッチ８１を通じてパッチアンテナ装置１（１′，１′′）の入出力線路５ａに出力され、ビアホール５ｂを介して給電回路５に供給される。そして、放射電極４が励振され、高利得の円錐ビームがパッチアンテナ装置１（１′，１′′）から所望角度に放射される。
また、パッチアンテナ装置１（１′，１′′）で受信された帯域内周波数のＲＦ信号は、入出力線路５ａ及びアンテナスイッチ８１を通じて受信部８３に入力され、ＲＦ信号がミキサによってＩＦ信号にダウンコンバートされる。そして、帯域内のＩＦ信号が帯域フィルタを通じてローノイズアンプに入力され増幅されて、受信部８３から出力される。すると、このＩＦ信号は、出力端子８６を通じてベースバンド部に出力され、ベースバンド部内で、所定の信号に復調される。
その他の構成、作用及び効果は、上記第１ないし第３実施例と同様であるので、その記載は省略する。
【００４０】
なお、この発明は、上記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内において種々の変形や変更が可能である。
例えば、上記第１実施例では、２枚の放射電極４（４１，４２）を各線路５１（５２〜５８）上に有したパッチアンテナ装置１を例示したが、各線路上に形成する放射電極の数は任意である。したがって、図１９の（ａ）に示すように、３枚以上の放射電極４を各線路に形成することもできる。
同様に、上記第２実施例では、１つの分岐回路６を第１番目の放射電極４（４１）の先に設けて、２枚の放射電極４２を各線路５１（５２〜５９）の最先端に形成したパッチアンテナ装置１′を例示したが、各線路上に設ける分岐回路６の個数は任意である。したがって、図１９の（ｂ）に示すように、複数の分岐回路６を各線路上に設けて、放射電極４を樹形図状に形成することもできる。
【００４１】
また、上記実施例では、グランド電極３を誘電体基体２の内部に設けた例を示したが、グランド電極３を誘電体基体２の裏面２ｂに設けても良いことは勿論である。
また、上記実施例では、比誘電率εrが４．０以上の誘電体基体２を用いたパッチアンテナ装置のみを例示したが、比誘電率εrが４．０未満の誘電体基体を用いたパッチアンテナ装置の発明を、この発明の範囲から除外する意ではない。
また、上記第３実施例では、第２実施例のパッチアンテナ装置に折り曲げ部７を設けた例を示したが、第１実施例のパッチアンテナ装置にも折り曲げ部を設けることができることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】この発明の第１実施例に係るパッチアンテナ装置の斜視図である。
【図２】パッチアンテナ装置の平面図である。
【図３】裏面側から見たグランド電極の平面図である。
【図４】裏面側から見たパッチアンテナ装置の平面図である。
【図５】図２の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図６】パッチアンテナ装置の作用及び効果を説明するための概略側面図である。
【図７】円錐ビームの放射パターン図である。
【図８】円錐ビームの周方向の特性を示す線図である。
【図９】この発明の第２実施例に係るパッチアンテナ装置を示す平面図である。
【図１０】分岐回路を示す部分拡大図である。
【図１１】円錐ビームの放射パターン図である。
【図１２】円錐ビームの周方向の特性を示す線図である。
【図１３】線路の長さや放射電極の寸法等を説明するための平面図である。
【図１４】シミュレーションの結果を示す表図である。
【図１５】この発明の第３実施例に係るパッチアンテナ装置を示す平面図である。
【図１６】折り曲げ部を示す部分拡大平面図である。
【図１７】反射係数のシミュレーション結果を示す線図である。
【図１８】この発明の第４実施例に係るＲＦモジュールの概略断面図である。
【図１９】実施例の変形例を示す平面図であり、図１９の（ａ）は、第１実施例の変形例を示し、図１９の（ｂ）は、第２実施例の変形例を示す。
【図２０】第１従来例のパッチアンテナ装置を示す斜視図である。
【図２１】第２従来例のパッチアンテナ装置を示す平面図である。
【図２２】第２従来例の給電システムを示す概略図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１′，１′′…パッチアンテナ装置、  ２…誘電体基体、  ２ａ…表面、  ２ｂ…裏面、  ３…グランド電極、  ４，４１，４２…放射電極、  ５…給電回路、  ５ａ…入出力線路５８、  ５ｂ…ビアホール、  ６…分岐回路、  ７…折り曲げ部、  ８…ＲＦモジュール、  ３０…孔、  ５０，６０…基部、  ５１〜５９…線路、  ６１，６２…分岐線路、  ８０…筐体、  ８１…アンテナスイッチ、  ８２…送信部、  ８３…受信部、  ８４…局所発振器、  ８５…入力端子、  ８６…出力端子、  Ｂ…円錐ビーム、  Ｃ１…内側円、  Ｃ２…外側円、  Ｍ…谷間、  ｃ…間隔。
【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８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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