(57)【要約】【課題】地上波や低仰角の衛星からの信号波を受信するのに好適なパッチアンテナ装置を提供すること。【解決手段】グラウンド面１上にアンテナ素子２と金属枠３とを設置してパッチアンテナ装置を構成する。アンテナ素子２は、誘電体基板４の上下両面にそれぞれパッチ電極５とアース電極６を設け、パッチ電極５に給電ピン７を接続して構成されている。金属枠３は誘電体基板４の外周面を包囲する位置に立設されており、金属枠３の高さ寸法は誘電体基板４の厚さ寸法よりも若干大きく設定されている。アンテナ素子２から放射された電波は金属枠３に到達すると反射されるため、同一位相で進行していく電波は金属枠３を乗り越える際に、進行方向をそれまでよりも下向きに変化させる干渉を受けることとなる。【選択図】      図１
2004312547.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
グラウンド面上に設置された誘電体基板の上面にパッチ電極を設け、このパッチ電極に給電手段を接続すると共に、前記誘電体基板の外周面を包囲する位置に金属枠を設け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の記載において、前記金属枠の高さ寸法を前記誘電体基板の厚さ寸法よりも大きく設定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または２の記載において、前記金属枠の平面視形状を前記誘電体基板の外形の平面視形状と略相似形にしたことを特徴とするパッチアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車載用小型アンテナ等として用いて好適なパッチアンテナ装置に係り、特に、その放射パターンのビーム整形に関する。
【０００２】
【従来の技術】
パッチアンテナは、上面にパッチ電極を設けた誘電体基板をグラウンド面上に設置し、このパッチ電極に給電ピン等を介して所定の高周波電流を給電するようになした平面アンテナであり、衛星波を受信する車載用小型アンテナ等として広く採用されている。かかるパッチアンテナにおいて高利得化を図るためには、グラウンド面がパッチ電極に比べて十分に大面積であることが必要である。また、パッチアンテナの性能を安定させるために、誘電体基板の下面にグラウンド面と接触または近接して対向するアース電極を設けた構成のものが多い（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
一般に、パッチアンテナの最大放射方向はパッチ電極の真上方向なので、例えば車輛のルーフ面上等に設置したパッチアンテナによって、天頂付近に位置する衛星からの信号波を効率よく受信することができる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２２４６２０号公報（第２〜４頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最大放射方向が天頂方向であるパッチアンテナでは、地上波を効率よく受信することはできない。そのため、最近計画されているＳバンドラジオ放送（Ｓ−ｂａｎｄ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｕｄｉｏ  Ｒａｄｉｏ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ）のように、衛星からの信号波を地上のリピータが受信して再送信するというシステムにおいて、車輛のルーフ面上等に従来のパッチアンテナを設置しても、リピータからの地上波を受信する平面アンテナとしては利用できず、ポールアンテナのように上方へ高く突出するアンテナが必要となってしまう。また、最大放射方向が天頂方向であるパッチアンテナは、仰角の低い衛星からの信号波を受信する場合にも不向きである。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、地上波や低仰角の衛星からの信号波を受信するのに好適なパッチアンテナ装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するために、本発明によるパッチアンテナ装置は、グラウンド面上に設置された誘電体基板の上面にパッチ電極を設け、このパッチ電極に給電手段を接続すると共に、前記誘電体基板の外周面を包囲する位置に金属枠を設ける構成とした。
【０００８】
このように構成されたパッチアンテナ装置では、パッチ電極とグラウンド面との間の電界変化によって放射された電波が金属枠に到達すると反射されるため、同一位相で進行していく電波は該金属枠を乗り越える際に、進行方向をそれまでよりも下向きに変化させる干渉を受けることとなる。その結果、このパッチアンテナ装置はパッチ電極の真上方向での利得が低下し、最大放射方向がパッチ電極の真上から斜め上方へと変化する。したがって、このパッチアンテナ装置は車輛のルーフ面上等に設置しても、地上波や低仰角の衛星からの信号波を効率よく受信することが可能となる。
【０００９】
かかる構成において、前記金属枠の高さ寸法は前記誘電体基板に近いほど低く設定することができるが、金属枠を誘電体基板からある程度離隔させたほうが共振周波数帯域を広げることができるため、金属枠の高さ寸法を誘電体基板の厚さ寸法よりも大きく設定しておくことが好ましい。
【００１０】
また、かかる構成において、前記金属枠の平面視形状を前記誘電体基板の外形の平面視形状と略相似形にしておけば、スペースファクタが向上するため好ましい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、発明の実施の形態について図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係るパッチアンテナ装置の縦断面図、図２は該パッチアンテナ装置の平面図、図３は該パッチアンテナ装置の金属枠によって放射ビームが整形される様子を示す説明図、図４は該パッチアンテナ装置の放射パターンを比較例と共に示す特性図である。
【００１２】
図１，２に示すパッチアンテナ装置は、グラウンド面１上にアンテナ素子２と金属枠３とを設置して概略構成されており、グラウンド面１としては例えば車輛の金属ボディ等が好適である。アンテナ素子２は、合成樹脂等の誘電体材料からなる誘電体基板４と、誘電体基板４の上面に設けられたパッチ電極５と、誘電体基板４の下面のほぼ全面に設けられたアース電極６と、誘電体基板４を貫通してパッチ電極５に接続された給電ピン７とによって構成され、給電ピン７は図示せぬ給電回路に接続されている。本実施形態例の場合、誘電体基板４として用いられる誘電体材料の比誘電率εｒはεｒ≒６であり、パッチ電極５は一辺の長さが２０ｍｍの正方形であって、円偏波を受信するためにパッチ電極５の適宜２箇所に給電ピン７を接続する２点給電を行っている。
【００１３】
金属枠３は誘電体基板４の外周面を包囲する位置に立設されており、この金属枠３の高さ寸法は誘電体基板４の厚さ寸法よりも若干大きく設定されている。本実施形態例の場合、誘電体基板４の外形の平面視形状が正方形なので、金属枠３の平面視形状も略正方形にすることにより、誘電体基板４と金属枠３との間隔を全周に亘って一定にしている。具体的には、誘電体基板４は一辺の長さが３０ｍｍ、厚さ寸法が６ｍｍの角板であり、一方、金属枠３は一辺３２ｍｍの正方形状に配置され、その高さ寸法は８ｍｍである。
【００１４】
このように構成されたパッチアンテナ装置は、給電ピン７を介してパッチ電極５に所定の高周波電流を給電すると、パッチ電極５とグラウンド面１やアース電極６との間の電界変化に応じた電波（例えば周波数２．３３８ＧＨｚの放射ビーム）が放射されるが、この電波は金属枠３に到達すると反射されるため、図３に示すように、同一位相で進行していく電波は金属枠３を乗り越える際に、進行方向をそれまでよりも下向きに変化させる干渉を受けることとなる。すなわち、金属枠３が存在しないと仮定した場合、アンテナ素子２からの放射ビームの同一位相面は図３に鎖線で示すような曲線となるが、アンテナ素子２を金属枠３で包囲している本実施形態例においては、放射ビームの同一位相面が金属枠３の影響で図３に実線で示すような曲線になる。その結果、このパッチアンテナ装置はパッチ電極５の真上方向での利得が低下して、放射パターンが図４に実線で示すように真上から押し潰されたような偏平形状となり、その最大放射方向はパッチ電極５の斜め上方（仰角３０°付近）になっている。なお、図４において、鎖線で示す放射パターンは金属枠３が存在しない場合の比較例であり、その最大放射方向はパッチ電極５の真上（天頂方向）になっている。
【００１５】
上述したように、本実施形態例に係るパッチアンテナ装置は、誘電体基板４の周囲に金属枠３を配設することによってパッチ電極５の真上方向での利得を低下させ、最大放射方向が低仰角な向きとなるようにビーム整形しているので、飛来する信号波の仰角が２０°程度でも受信可能なパッチアンテナ装置となっている。それゆえ、このパッチアンテナ装置は車輛のルーフ面上等に設置しても、地上波や低仰角の衛星からの信号波を効率よく受信することが可能で、Ｓバンドラジオ放送等に好適な車載用小型アンテナとして利用できる。
【００１６】
なお、上記実施形態例のように、金属枠３の平面視形状を誘電体基板４の外形の平面視形状と略相似形にしておけば、スペースファクタが向上するため好ましいが、両者が相似形でなくてもほぼ同様のビーム整形効果を期待できる。また、金属枠３の高さ寸法は誘電体基板４に近いほど低く設定することができるが、金属枠３を誘電体基板４からある程度離隔させたほうが共振周波数帯域を広げることができるため、上記実施形態例のように、金属枠３の高さ寸法を誘電体基板４の厚さ寸法よりも大きく設定しておくほうが好ましい。
【００１７】
さらに、上記実施形態例では、円偏波を受信するために２点給電を行っているが、パッチ電極５に縮退分離素子を装荷して１点給電で円偏波を受信する場合や、直線偏波を受信する場合にも、本発明は適用可能である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は、以上説明したような形態で実施され、以下に記載されるような効果を奏する。
【００１９】
誘電体基板の周囲に金属枠を配設することによってパッチ電極の真上方向での利得を低下させ、もって最大放射方向が低仰角な向きとなるようにビーム整形したパッチアンテナ装置なので、車輛のルーフ面上等に設置しても地上波や低仰角の衛星からの信号波を効率よく受信することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係るパッチアンテナ装置の縦断面図である。
【図２】該パッチアンテナ装置の平面図である。
【図３】該パッチアンテナ装置の金属枠によって放射ビームが整形される様子を示す説明図である。
【図４】該パッチアンテナ装置の放射パターンを比較例と共に示す特性図である。
【符号の説明】
１  グラウンド面
２  アンテナ素子
３  金属枠
４  誘電体基板
５  パッチ電極
６  アース電極
７  給電ピン
【図１】
2004312547.tif 000003
【図２】
2004312547.tif 000004
【図３】
2004312547.tif 000005
【図４】
2004312547.tif 000006