(57)【要約】【課題】放射導体及びグランド導体の寸法を変えることなく、共振周波数の調整が可能な平面パッチアンテナを提供する。【解決手段】高誘電率樹脂の射出成形により放射導体１０と高誘電率樹脂基板１４とグランド導体１２とを一体化した平面パッチアンテナにおいて、放射導体１０の表面を、その周囲の樹脂基板面１４ｐよりも高くするか、低くすることにより共振周波数を調整した平面パッチアンテナ。射出成形を行う金型として、放射導体をセットする領域の平面が、その領域の周囲の平面に対し、前記両平面に垂直な方向に位置調整可能である金型を用いる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高誘電率樹脂の射出成形により放射導体と高誘電率樹脂基板とグランド導体とを一体化した平面パッチアンテナにおいて、前記放射導体の表面を、その周囲の樹脂基板面よりも高く又は低くしたことを特徴とする平面パッチアンテナ。
【請求項２】
金型内に放射導体及びグランド導体をセットして高誘電率樹脂を射出成形することにより平面パッチアンテナを製造する方法において、放射導体の周囲の樹脂量を調整可能な金型を用いて樹脂の射出成形を行うことを特徴とする平面パッチアンテナの製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の製造方法であって、前記金型として、放射導体をセットする領域の平面が、その領域の周囲の平面に対し、前記両平面に垂直な方向に位置調整可能である金型を用いることを特徴とする平面パッチアンテナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＧＰＳ（全地球測位システム）用のアンテナ等に使用される平面パッチアンテナと、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図８に従来の平面パッチアンテナを示す。図において、１０は所定の形状に形成された金属箔よりなる放射導体、１２は同じくグランド導体、１４は射出成形により形成された高誘電率樹脂基板、１６は放射導体１０の所定位置に電気的に接続された給電ピンである。
【０００３】このような平面パッチアンテナを製造する方法としては、図９に示すように射出成形用の金型１８Ａ、１８Ｂ内に、所定の形状に打ち抜き加工された放射導体１０及びグランド導体１２をセットし、この状態で高誘電率樹脂を射出成形して、放射導体と高誘電率樹脂基板とグランド導体とを一体化する方法が公知である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】平面パッチアンテナは、それが実装される回路基板や、それが収容されるハウジングなど、周囲の影響を受けて共振周波数が微妙に変化する。このため平面パッチアンテナは、回路基板に実装し、ハウジングに収容した状態（商品の状態）で、所定の共振周波数を示すことが要求される。したがってアンテナ単体としては、機種の違いなどに応じて、共振周波数が微妙に異なるものを作り分ける必要がある。従来、共振周波数の異なる平面パッチアンテナを製造する場合は、放射導体の寸法を変えることにより対応していた。
【０００５】また基板の材料である高誘電率樹脂はロットによって誘電率にバラツキがある場合があり、基板の誘電率にバラツキがあると、平面パッチアンテナの共振周波数にもバラツキが生じる。このため実際の平面パッチアンテナの製造では、使用する樹脂の誘電率に応じて、放射導体の寸法を変えることで、目標とする共振周波数を得るようにしていた。
【０００６】しかし上記のように、目標とする共振周波数を得るために放射導体の寸法を変えるという方法では、放射導体の抜き型を複数種類用意する必要があり、コスト高になるという問題がある。
【０００７】本発明の目的は、以上のような問題点に鑑み、放射導体の寸法を変えることなく、共振周波数の調整が可能な平面パッチアンテナと、その製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため本発明は、高誘電率樹脂の射出成形により放射導体と高誘電率樹脂基板とグランド導体とを一体化した平面パッチアンテナにおいて、前記放射導体の表面を、その周囲の樹脂基板面よりも高く又は低くしたことを特徴とするものである。
【０００９】平面パッチアンテナの放射導体は高誘電率樹脂基板よりも面積が小さいので、放射導体の周囲には高誘電率樹脂が存在する。本発明の発明者等の検討結果によると、平面パッチアンテナは、放射導体の周囲に存在する樹脂の量によって共振周波数が変化することが判明した。例えば放射導体の表面を、その周囲の樹脂基板面より高くすると、放射導体の周囲の樹脂量が減少し、等価的に樹脂基板の誘電率が下がり、アンテナの共振周波数は上がる。また放射導体の表面を、その周囲の樹脂基板面よりも低くすると、放射導体の周囲の樹脂量が増加し、等価的に樹脂基板の誘電率が上がり、アンテナの共振周波数は下がる。したがって上記のような構成にすることにより、放射導体の寸法を変えることなく、共振周波数の調整が可能となり、目標とする共振周波数を得ることができる。
【００１０】本発明に係る平面パッチアンテナの製造方法は、金型内に放射導体及びグランド導体をセットして高誘電率樹脂を射出成形することにより平面パッチアンテナを製造する場合に、放射導体の周囲の樹脂量を調整可能な金型を用いて樹脂の射出成形を行うことを特徴とするものである。
【００１１】放射導体の周囲の樹脂量を調整可能な金型としては、放射導体をセットする領域の平面が、その領域の周囲の平面に対し、前記両平面に垂直な方向に位置が調整可能である金型を用いることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】図１（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明に係る平面パッチアンテナの一実施形態を示す。いずれも高誘電率樹脂の射出成形により放射導体１０と高誘電率樹脂基板１４とグランド導体１２とを一体化したものである（給電ピンは図示省略）。（Ａ）の平面パッチアンテナは、放射導体１０の表面を、その周囲の樹脂基板面１４ｐよりも低くした点に特徴がある。（Ｂ）の平面パッチアンテナは、放射導体１０の表面を、その周囲の樹脂基板面１４ｐよりも高くした点に特徴がある。１４ｔは樹脂基板１４の凸部であり、放射導体１０はこの凸部１４ｔの上に接合された状態にある。
【００１４】放射導体１０及びグランド導体１２の寸法は（Ａ）、（Ｂ）とも同じで、放射導体１０の表面と、その周囲の樹脂基板面１４ｐとが同一平面にある場合（図８の状態）を基準にすると、（Ａ）のアンテナは、放射導体１０の周囲の樹脂量が多く、等価的に樹脂基板１４の誘電率が上がるので、アンテナの共振周波数（中心周波数）は低くなる。これに対し（Ｂ）のアンテナは、放射導体１０の周囲の樹脂量が少なく、等価的に樹脂基板１４の誘電率が下がるので、アンテナの共振周波数は高くなる。
【００１５】上記のような平面パッチアンテナは、図２に示す金型を用いて製造することができる。この金型が従来と異なる点は、放射導体１０をセットする方の金型１８Ａが、放射導体１０をセットする領域の平面を含む中子ブロック１８Ａ１と、前記領域の周囲の平面を含む周囲ブロック１８Ａ２とに分割され、中子ブロック１８Ａ１が周囲ブロック１８Ａ２に対し、前記両平面に垂直な方向に位置調整可能になっていることである。中子ブロック１８Ａ１の位置調整は、例えば中子ブロック１８Ａ１にボルト２０を回転自在にかつ引き抜けないように取り付け、前記ボルト２０とネジ結合した固定部材２２を周囲ブロック１８Ａ２に固定した構造として、前記ボルト２０を回転させることにより行うことができる。なおグランド導体１２をセットする方の金型１８Ｂは従来と同じである。
【００１６】図２（Ａ）は、中子ブロック１８Ａ１の放射導体１０をセットする平面と、周囲ブロック１８Ａ２の放射導体１０のまわりの平面とが同一平面にある場合である。この状態で高誘電率樹脂を射出成形すると、図８のような平面パッチアンテナを製造できる。図２（Ｂ）は、中子ブロック１８Ａ１の放射導体１０をセットする平面が、周囲ブロック１８Ａ２の放射導体１０のまわりの平面より内側に位置するように位置調整した場合である。この状態で高誘電率樹脂を射出成形すると、図１（Ａ）のような平面パッチアンテナを製造できる。図２（Ｃ）は、中子ブロック１８Ａ１の放射導体１０をセットする平面が、周囲ブロック１８Ａ２の放射導体１０のまわりの平面より外側に位置するように位置調整した場合である。この状態で高誘電率樹脂を射出成形すると、図１（Ｂ）のような平面パッチアンテナを製造できる。
【００１７】図３は、上記のような方法で図１及び図８のような平面パッチアンテナを試作し、共振周波数（中心周波数）を測定した結果を示す。試作したアンテナの寸法は、放射導体：一辺２２ｍｍの正方形で対角２箇所１．８ｍｍの面取り、グランド導体：一辺２８ｍｍの正方形、高誘電率樹脂基板（誘電率１８．４）：　　一辺２８ｍｍの正方形で厚さ４．２ｍｍ、給電ピン位置：中心から３．２ｍｍ偏心である。図３においてパッチ位置０μｍは、放射導体１０の表面と、その周囲の樹脂基板面１４ｐとが同一平面にある場合である（図８の状態）。この結果によれば、放射導体１０の表面が、その周囲の樹脂基板面１４ｐよりも低くなると（−側）、中心周波数が下がり、逆に周囲の樹脂基板面１４ｐよりも高くなると、中心周波数が高くなることが分かる。したがって放射導体１０の表面を、その周囲の樹脂基板面よりも、高くしたり、低くしたりすることにより、放射導体の寸法を変えることなく、目標の共振周波数を得ることができる。
【００１８】図４（Ａ）、（Ｂ）は本発明の他の実施形態を示す。この平面パッチアンテナは、放射導体１０の表面と、その周囲の樹脂基板面１４ｐとを同一平面とし、放射導体１０の周囲の樹脂量を変化させるために、放射導体１０の周囲の、樹脂基板１４の幅Ｗ（すなわち樹脂基板１４の外形寸法）を調整したものである。（Ａ）は幅Ｗが最も狭い場合（樹脂基板１４の外形寸法がグランド導体１２と同じ場合）であり、（Ｂ）は幅Ｗがそれより広い場合である。幅Ｗが狭い場合は、放射導体１０の周囲の樹脂量が少なく、等価的に樹脂基板の誘電率が下がるので、アンテナの共振周波数は高くなる。幅Ｗが広くなると、放射導体１０の周囲の樹脂量が多くなり、等価的に樹脂基板の誘電率が上がるので、アンテナの共振周波数は低くなる。したがって、このような手段でも、目標の共振周波数を得ることができる。
【００１９】図４のような平面パッチアンテナを製造するには、図５に示す金型を用いるとよい。この金型は、放射導体１０をセットする平面ブロック２４と、グランド導体をセットする平面ブロック（図示省略）とを対向配置し、その間に、樹脂基板の四つの周面を形成する四つ周壁ブロック２６Ａ〜２６Ｄを図示のように配置したものである。周壁ブロック２６Ａ〜２６Ｄは、矢印Ａ方向又はＢ方向に同時に移動させることが可能であり、Ａ方向に移動させると、前記幅Ｗを狭くすることができ、Ｂ方向に移動させると、前記幅Ｗを広くすることができる。
【００２０】図６は本発明のさらに他の実施形態を示す。金型１８Ａ、１８Ｂ内に放射導体１０及びグランド導体１２をセットするときは、金型１８Ａ、１８Ｂの内面に位置決めピン３０を取り付け、この位置決めピン３０に放射導体１０及びグランド導体１２に形成した穴を嵌合させることにより、放射導体１０及びグランド導体１２の位置決めを行なっている。この位置決めピン３０の長さを変えると、放射導体１０の内側の高誘電率樹脂の量を変えることができるので、これによっても共振周波数の調整が可能である。
【００２１】図７（Ａ）は位置決めピン３０の長さが短い金型で成形した平面パッチアンテナであり、同図（Ｂ）は（Ａ）より位置決めピン３０の長さが長い金型で成形した平面パッチアンテナである。（Ａ）のアンテナは位置決めピンにより形成される穴３２の深さが浅いため、相対的に放射導体１０の内側の樹脂量が多く、等価的に樹脂基板１４の誘電率が上がるので、共振周波数は低くなる。（Ｂ）のアンテナは位置決めピンにより形成される穴３２の深さが深いため、相対的に放射導体１０の内側の樹脂量が少なく、等価的に樹脂基板１４の誘電率が下がるので、共振周波数は高くなる。
【００２２】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、放射導体の寸法を変えることなく、目標の共振周波数を有する平面パッチアンテナを得ることができ、平面パッチアンテナのコスト低減を図ることができると共に、共振周波数の変更に柔軟に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）、（Ｂ）は本発明に係る平面パッチアンテナの一実施形態を示す斜視図。
【図２】（Ａ）は図１の平面パッチアンテナの製造に用いる金型を示す断面図、（Ｂ）はこの金型で図１（Ａ）のアンテナを製造する状態を、（Ｃ）は同じく図１（Ｂ）のアンテナを製造する状態を示す断面図。
【図３】図１の構成のアンテナにおける、放射導体の周囲の樹脂基板面に対する放射導体表面の位置（パッチ位置）と、共振周波数（中心周波数）との関係を示すグラフ。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は本発明により共振周波数を調整した平面パッチアンテナの他の実施形態を示す斜視図。
【図５】図４の平面パッチアンテナの製造に用いる金型を示す説明図。
【図６】本発明に係る平面パッチアンテナの製造方法の他の実施形態を示す断面図。
【図７】（Ａ）、（Ｂ）は図６の製造方法で共振周波数を調整した平面パッチアンテナを示す斜視図。
【図８】従来の平面パッチアンテナを示す断面図。
【図９】図８のアンテナの製造方法を示す断面図。
【符号の説明】
１０：放射導体
１２：グランド導体
１４：高誘電率樹脂基板
１４ｐ：放射導体１０の周囲の樹脂基板面
１８Ａ、１８Ｂ：金型
１８Ａ１：中子ブロック
１８Ａ２：周囲ブロック
【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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