(57)【要約】【課題】小型化できる平面アンテナを提供する。【解決手段】誘電体基板２にパッチ導体４と接地導体６とが設けられており、パッチ導体４が離間して接地導体６により囲まれており、パッチ導体４の周辺がコッホ曲線を有しており、該コッホ曲線の三角形がパッチ導体４の中心に向くように該１辺が構成されている。【選択図】図１
2004357170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板にパッチ導体と接地導体とが設けられており、該パッチ導体が離間して該接地導体により囲まれている平面アンテナにおいて、
該パッチ導体の周辺が少なくとも１辺が１段階のコッホ曲線を有しており、該コッホ曲線の三角形が該パッチ導体の中心に向くように該１辺が構成されていることを特徴とする平面アンテナ。
【請求項２】
誘電体基板にパッチ導体と接地導体とが設けられており、該パッチ導体が離間して該接地導体により囲まれている平面アンテナにおいて、
ｎを自然数とするとき、該パッチ導体の周辺が少なくとも１辺がｎ段階のコッホ曲線を有しており、該コッホ曲線の三角形が該パッチ導体の中心に向くように該１辺が構成されていることを特徴とする平面アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面アンテナに関し、特に、マイクロ波通信やミリ波通信に好適な平面アンテナに関する。より具体的には、車両と車両外部の送信機器及び／又は受信機器に接続される平面アンテナであって、例えば、車両の窓ガラス板に設けられるのに適する平面アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、高速、大容量通信への要求から、マイクロ波やミリ波を用いて電波を送信又は受信する高周波の通信が急速に拡がっている。電波を送信又は受信するアンテナとして、例えば、図６に示すとおり、方形のパッチ状の放射導体（以下、パッチ導体４という）を誘電体基板２に設け、パッチ導体４を接地導体６により囲んだ平面アンテナが報告されている（例えば、特許文献１参照）。なお、図６において、５は１／４波長のインピーダンス変成器の中心導体、８は給電点、９は５０Ω伝送線路である。
【０００３】
しかし、この従来例では、平面アンテナを小型にすることが困難である問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２５２５２０号公報（７頁、図２（ｃ））
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の有する前述の欠点を解消する平面アンテナの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、誘電体基板にパッチ導体と接地導体とが設けられており、該パッチ導体が離間して該接地導体により囲まれている平面アンテナにおいて、
該パッチ導体の周辺が少なくとも１辺が１段階のコッホ曲線を有しており、該コッホ曲線の三角形が該パッチ導体の中心に向くように該１辺が構成されていることを特徴とする平面アンテナを提供する。
【０００７】
また、誘電体基板にパッチ導体と接地導体とが設けられており、該パッチ導体が離間して該接地導体により囲まれている平面アンテナにおいて、
ｎを自然数とするとき、該パッチ導体の周辺が少なくとも１辺がｎ段階のコッホ曲線を有しており、該コッホ曲線の三角形が該パッチ導体の中心に向くように該１辺が構成されていることを特徴とする平面アンテナを提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の平面アンテナについて、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。図１、２には、本発明の平面アンテナの一実施形態である平面アンテナが示されている。図１は、平面アンテナの平面図であり、図２は図１に示す平面アンテナのＡ−Ａ’断面図である。以下の説明において、特記しない場合には、方向は図面上での方向をいうものとする。
【０００９】
本発明の平面アンテナは、図１、２に示すように、ガラス板等の誘電体基板２の少なくとも一方の面に形成される平面アンテナであり、誘電体基板２にパッチ導体４と接地導体６とが設けられており、パッチ導体４が離間して接地導体６により囲まれている。本発明では、パッチ導体４と接地導体６とは誘電体基板２の片面（同じ面）に形成される。
【００１０】
図１に示す例では、パッチ導体４の周辺の４辺がコッホ曲線を有している。図３はコッホ曲線（Ｋｏｃｈ  Ｃｕｒｖｅ）の説明図である。図３において、まず、所定の長さの線分を仮定し（図３（ａ））、次に、この線分を３等分する（図３（ｂ））。３等分されたうちの中央の線分を１辺とする正三角形を作成する（図３（ｃ））。以上を第１段階という。
【００１１】
図３（ｃ）に示す４つの直線について、それぞれ、図３（ａ）〜図３（ｂ）の処理をする（図３（ｄ）、第２段階）。このように、本発明では、ｎを自然数とするとき、パッチ導体４の周辺が少なくとも１辺がコッホ曲線のｎ段階を有している。したがって、図１に示す例は、上記第１段階の処理を施した平面アンテナであるが、本発明の平面アンテナは、上記第２段階、さらには、第ｎ段階の処理を施したものであってもよい。また、該コッホ曲線の三角形がパッチ導体４の中心に向くように該１辺が構成されている。
【００１２】
図１に示す例において、パッチ導体４の、上側、左側及び右側の縁辺と、接地導体６のパッチ導体４側の右側の縁辺とは平行又は略平行である。図１に示す例では、インピーダンス変成器の中心導体５がパッチ導体４に設けられており、パッチ導体４の下側に下方に伸長されている。中心導体５の下端には、伝送線路９が設けられており、伝送線路９の開放端又は伝送線路９の開放端付近には給電点８が設けられている。ここで、インピーダンス変成器は、中心導体５と、中心導体５の周縁近傍の接地導体６の縁辺とで構成されている。
【００１３】
給電点８は表面実装型コネクタ（不図示）を介して、誘電体基板２の、パッチ導体４側の面で同軸ケーブル（不図示）の中心導体５と接続される。また、接地導体６は、アース接続された同軸ケーブルの外部導体と接続されて常時アース接続されている。
【００１４】
パッチ導体４の幅及び長さａは、平面アンテナで送信又は受信する電波の波長によって電波が共振するように設定される。幅及び長さａは、送信又は受信を行う所望の周波数帯の中心周波数の波長をλＭ  とした場合、アンテナの送信又は受信効率を向上させるために、ｋ・（λＭ  ／４）〜ｋ・λＭ  （ｋは誘電体基板２における波長の短縮率）の範囲にあることが好ましい。この範囲に導体幅及び長さａを設定することで、この範囲外に設定する場合に比べて、利得が向上する。ここで、短縮率ｋは、誘電体基板２の比誘電率をεｒ  とすると、ｋ＝εｒ （−１／２）で表すことができる。短縮率ｋとは、誘電体基板上を伝搬する電波の伝搬速度に関係するもので、所望の電波の周波数においてアンテナの入力インピーダンスのリアクタンス成分が０（ゼロ）となるようにする比率をいい、アンテナが共振するように、誘電体基板に設けられるアンテナの寸法を空気中に設けられるアンテナの寸法に比べて小さくする比率をいう。中心導体５の線路長は、ｋ・λＭ  ／４程度である。
【００１５】
ところで、図７、図８、図９には、図１に示す例とは、別の実施例の平面図であり、パッチ導体４付近のみを示している。図７に示す例では、パッチ導体４の周辺の３辺がコッホ曲線を有している。図８に示す例では、パッチ導体４の対角を切削するようにして、パッチ導体４の平坦部４ａを設け、円偏波の通信に適するようにした。また、図示していないが、パッチ導体４の対角に凸部を設けてもよく、これにより、円偏波特性が向上する。図９に示す例では、パッチ導体４の中心又はほぼ中心に方形状の切削部分４ｂを設けた。
【００１６】
接地導体６は、誘電体基板２上の一定の領域に所定以上の面積を有するように形成される。すなわち、本発明の平面アンテナは指向性が良好となるように接地導体６の面積が調整されている。このようにして、指向性を良好にすることができるのは、誘電体基板と空気界面での反射やガラス板を伝搬する表面波の指向性への影響が低減するためと考えられる。
【００１７】
接地導体６はパッチ導体４の周囲を一定の距離離間して囲んでいる。すなわち、接地導体６の縁辺の一部又は全部はパッチ導体４の縁より一定の間隔ｇで離れている。間隔ｇは、平面アンテナの入力インピーダンス特性が良好となるように設定され、ほぼ誘電体基板２の厚さ近傍が好ましい。
【００１８】
中心導体５と接地導体６との最短間隔は、中心導体５の幅との比によって設定され、中心導体５の幅と間隔との比は、パッチ導体４の入力インピーダンスを通常、高周波伝送線路で用いられる特性インピーダンス５０Ωと整合するインピーダンスとなるように、誘電体基板２の比誘電率、パッチ導体４の導電率等及び接地導体６の導電率等を考慮して設定されることが好ましい。
【００１９】
パッチ導体４、中心導体５、５０Ω伝送線路９及び接地導体６は、例えば、銀ペースト等の、導電性金属を含有するペーストを誘電体基板２にプリントし、焼付けて形成される。なお、本発明においては、この形成方法に限定されず、銅等の導電性物質からなる、線状又は箔状の薄膜を、誘電体基板２の面上に形成してもよい。
【００２０】
誘電体基板２としてガラス板を用い、パッチ導体４、中心導体５、５０Ω伝送線路９及び接地導体６として銀ペーストをこのガラス板にプリントし焼付けて形成した場合には、ガラス板の比誘電率や銀ペーストによる導体の導電率を考慮して各部分の形状及び寸法等の諸数値が設定される。
【００２１】
次に、本発明の平面アンテナの動作について説明する。パッチ導体４は電波を放射する放射導体として機能する。また、中心導体５は、その両側に一定の距離を隔てて接地導体が形成される公知の伝送線路であるコプレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を形成する。インピーダンス変成器はパッチ導体４の入力インピーダンスを通常、高周波伝送線路で用いられる特性インピーダンス５０Ωと整合させるように機能することが好ましい。
【００２２】
送信の際は、給電点８から電気信号を給電する。この電気信号は中心導体５を伝搬してパッチ導体４に到達しパッチ導体４が励振される。このときパッチ導体４の共振周波数で励振されれば、パッチ導体４より電波が放射される。
【００２３】
マイクロストリップアンテナは、放射導体と地導体との間の電界により放射導体端部で磁流を生じ、その磁流を波源として電波を放射するアンテナである。これに対して、本発明の平面アンテナは、パッチ導体４と、その周囲に間隔をおいて同一面に設けられた接地導体６との間の電界によりパッチ導体４の端部で磁流を生じ、その磁流を波源として、電波を放射するものと考えられる。本発明の平面アンテナにおける共振周波数は、パッチ導体４の形状、寸法、パッチ導体４と接地導体６との間隔等を用いて設定することができる。電波の受信は、送信と受信との可逆性により、上記説明と反対の動作となる。
【００２４】
このように、本発明の平面アンテナは、パッチ導体４及び接地導体６が設けられた誘電体基板２の面の反対の面に導体が設けられていなくてもよく、誘電体基板２の一面にのみ、パッチ導体４、接地導体６及び中心導体５が設けられた、同一面又は共平面（コプレーナ）構造のアンテナにできるので、平面アンテナを誘電体基板２の片面に形成することができる。したがって、誘電体基板の両面に導体を設けなければならないＭＳＡに比べて、生産性及び耐久性が向上する。特に本発明の平面アンテナが車両用フロントガラス板等の窓ガラス板の車室内側に設けられた場合には、顕著に耐久性が向上する。さらに、給電点８もパッチ導体４等と同一の面側に設けることができるので、給電も容易になり、簡易でコンパクトな構成を実現することができる。
【００２５】
図１、２に示す例では、一枚の誘電体基板２上に形成されている。しかし、本発明においては、例えば、合わせガラス板や複層ガラス板等の多層誘電体基板であってもよく、この場合、合わせガラス板や複層ガラス板を構成するガラス板のどの面側に設けられてもよい。例えば、合わせガラス板の合わせ面側に形成してもよいが、この場合、ガラス板を横断してアンテナに給電するための給電手段が必要とされる。
【００２６】
さらに、誘電体基板は、ガラス板に限定されず、セラミック、ポリイミド樹脂、サファイア及びプリント配線基板等いずれであってもよい。また、アンテナの送信又は受信の効率を向上させるには低誘電損失の誘電体基板を用いるのが好ましい。また、誘電体基板は、表層に着色したプリント膜、例えば黒色プリント膜を形成したものを用いてもよい。
【００２７】
誘電体基板２の面の表層には、黒色セラミック膜が形成されてもよい。また、本発明の平面アンテナを車両用窓ガラス板に設けてもよい。この場合、本発明の平面アンテナは車両用フロントガラス板等の窓ガラス板の車室内側に設けられることが好ましい。また、前記車両用ガラス板が合わせガラス板である場合には、本発明の平面アンテナは、合わせガラスを構成するガラス基板に設けられてもよい。
【００２８】
本発明の平面アンテナは、車両用フロントガラス板の縁から１００ｍｍ以内の範囲に形成されるのが好ましく、車両用フロントガラス板を車両に装着する際の左右方向の中心線を中心とする左右１００ｍｍ以内の範囲に形成されるのが好ましい。
【００２９】
本発明の平面アンテナは、例えば、車両用フロントガラス板等の窓ガラス板の面に形成してＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  ＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ：ノンストップ自動料金収受システム、路側無線装置の送信周波数：５．７９５ＧＨｚ又は５．８０５ＧＨｚ、路側無線装置の受信周波数：５．８３５ＧＨｚ又は５．８４５ＧＨｚ）におけるアンテナとして利用される。すなわち、車両用フロントガラス板を誘電体基板２として用いる。このような平面アンテナは、狭域通信（ＤＳＲＣ：Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ  Ｓｈｏｒｔ  Ｒａｎｇｅ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ）制御回路等とともに一体化して誘電体基板２上に設けられてもよい。
【００３０】
なお、本発明の平面アンテナは、上述した５．８ＧＨｚの周波数帯を用いた無線通信を行うＥＴＣにおいて好適に用いられるが、ＥＴＣに限定されず、同様の周波数帯を用いる種々のデータ通信にも使用可能である。例えば、自動車電話用の８００ＭＨｚ帯（８１０〜９６０ＭＨｚ）、自動車電話用の１．５ＧＨｚ帯（１．４２９〜１．５０１ＧＨｚ）、ＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）、ＧＰＳ人工衛星のＧＰＳ信号１５７５．４２ＭＨｚ等の電波の送信又は受信に用いることもできる。上記帯域以外にもマイクロ波の周波数の電波（１ＧＨｚ〜３ＴＨｚ）やミリ波帯の電波（３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）の送信又は受信にも用いることができる。
【００３１】
【実施例】
以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例には限定されず、本発明の要旨を損なわない限り、各種の改良や変更も本発明に含まれる。
【００３２】
「例１（実施例）」
誘電体基板としてガラス板を使用し、図１、２に示すような平面アンテナを製作した。パッチ導体４、中心導体５、５０Ω伝送線路９及び接地導体６は銀ペーストをこのガラス板にプリントし焼付けて形成した。各部の寸法、定数は以下のとおりであり、寸法の単位はｍｍとし、以下に示す例２でも同様とする。
【００３３】
周波数２．０〜２．６ＧＨｚの反射損失を測定した。図４に横軸を周波数にした反射損失特性を示す。図４から共振周波数は略２．３ＧＨｚであることがわかる。図５は縦軸を感度とした指向特性図である。
【００３４】
ガラス板の寸法（縦×横×厚さ）              ２００×２００×３．５、
ａ                                                        １８．９、
ｂ                                                        ２５．９、
ｃ                                                        ７４．０、
ｇ                                                          ３．５。
【００３５】
「例２（比較例）」
誘電体基板としてガラス板を使用し、図６に示すような平面アンテナを製作した。パッチ導体４、中心導体５、５０Ω伝送線路９及び接地導体６は銀ペーストをこのガラス板にプリントし焼付けて形成した。共振周波数は略２．３ＧＨｚになるように、各部の寸法、定数を以下のとおり設定した。
【００３６】
ガラス板の寸法（縦×横×厚さ）              ２００×２００×３．５、
ｄ                                                        ２０．０、
ｅ                                                        ３５．０、
ｆ                                                        ８６．０。
【００３７】
【発明の効果】
本発明では、パッチ導体の周辺が少なくとも１辺がコッホ曲線を有しているために、従来の平面アンテナより、パッチ導体４、接地導体６を小型化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の平面アンテナの一実施例の平面図。
【図２】図２は図１に示す平面アンテナのＡ−Ａ’断面図。
【図３】コッホ曲線の説明図。
【図４】例１の反射損失特性図。
【図５】例１の指向特性図。
【図６】従来例の平面図。
【図７】図１に示す例とは、別の実施例の平面図。
【図８】図１に示す例とは、別の実施例の平面図。
【図９】図１に示す例とは、別の実施例の平面図。
【符号の説明】
２：誘電体基板
４：パッチ導体
６：接地導体
８：給電点
【図１】
2004357170.tif 000003
【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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