(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】アンテナ素子３を載置した第１のグラウンド面１を、第２のグラウンド面５の上方に所定の間隔を存して配置し、第１のグラウンド面１を無給電アンテナとして動作させる。アンテナ素子３は、誘電体基板６と、誘電体基板６の上面に設けられたパッチ電極７と、誘電体基板６の下面のほぼ全面に設けられたアース電極８と、誘電体基板６を貫通してパッチ電極７に接続された給電ピン９とを備えている。第１のグラウンド面１は下面側に低雑音増幅回路１０を有する回路基板２の上面に設けられた導電層からなり、第１のグラウンド面１の大きさや支柱４の高さを適宜設定することにより、給電時にパッチ電極７が励振される周波数と略同等な周波数で第１のグラウンド面１が励振されるようにした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の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、前記第１のグラウンド面を該第１のグラウンド面よりも大面積な第２のグラウンド面の上方に所定の間隔を存して配置し、給電時に前記パッチ電極が励振される周波数と略同等な周波数で前記第１のグラウンド面が前記第２のグラウンド面によって励振され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の記載において、下面側に低雑音増幅回路を配設した回路基板の上面に導電層を設け、この導電層を前記第１のグラウンド面とな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、第１の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、前記第１のグラウンド面を該第１のグラウンド面よりも大面積な第２のグラウンド面の上方に所定の間隔を存して配置し、給電時に前記パッチ電極が励振される周波数と略同等な周波数で前記第１のグラウンド面が前記第２のグラウンド面によって励振されるように設定した。
【０００８】
このように第１のグラウンド面を無給電アンテナとして動作させるようにしたパッチアンテナ装置は、第１のグラウンド面の大きさや第１および第２のグラウンド面の間隔を適宜設定することによって、パッチ電極を放射導体として放射される電波の周波数と、第１のグラウンド面を放射導体として放射される電波の周波数とを略合致させることができる。そして、パッチ電極を放射導体として放射される電波の最大放射方向が真上であるのに対し、第１のグラウンド面を放射導体として放射される電波の最大放射方向は真横なので、両者を合成した放射パターンは真上から押し潰されたような偏平形状となる。つまり、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て、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、下面側に低雑音増幅回路を配設した回路基板の上面に導電層を設け、この導電層を第１のグラウンド面となせば、第１のグラウンド面と第２のグラウンド面との間のスペースが有効利用できるため好ましい。
【００１０】
【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放射パターンを比較例と共に示す特性図である。
【００１１】
図１，２に示すパッチアンテナ装置は、第１のグラウンド面１を有する回路基板２上に設置されたアンテナ素子３と、これら回路基板２およびアンテナ素子３を支持している支柱４と、この支柱４を立設して回路基板２と対向している第２のグラウンド面５とによって概略構成されており、第２のグラウンド面５としては例えば車輛の金属ボディ等が好適である。
【００１２】
アンテナ素子３は、合成樹脂等の誘電体材料からなる誘電体基板６と、誘電体基板６の上面に設けられたパッチ電極７と、誘電体基板６の下面のほぼ全面に設けられたアース電極８と、誘電体基板６を貫通してパッチ電極７に接続された給電ピン９とによって構成され、給電ピン９は回路基板２を経由して図示せぬ給電回路に接続されている。なお、本実施形態例の場合、誘電体基板６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７は一辺が２２ｍｍの正方形であって、円偏波を受信するためにパッチ電極７の適宜２箇所に給電ピン９を接続する２点給電を行っている。また、誘電体基板６は平面視正方形の角板で、該正方形の一辺は３２ｍｍ、厚さは６ｍｍに設定されている。
【００１３】
第１のグラウンド面１は回路基板２の上面のほぼ全面に形成された銅箔等の導電層からなる。回路基板２の下面側にはアンテナ素子３からの受信信号を増幅するための低雑音増幅回路１０が配設されており、この低雑音増幅回路１０はシールドケース１１によって覆われている。支柱４は金属体からなり、アンテナ素子３の中央部下方に位置して回路基板２を支持している。第２のグラウンド面５は第１のグラウンド面１に比して十分に大面積な導体からなる。なお、本実施形態例の場合、第１のグラウンド面１は一辺が４０ｍｍの正方形状に形成されており、その中央部にアンテナ素子３が載置されている。また、第１のグラウンド面１と第２のグラウンド面５との間隔が６ｍｍになるように支柱４の高さが設定されている。
【００１４】
このように構成されたパッチアンテナ装置では、給電ピン９を介してパッチ電極７に所定の高周波電流を給電すると、パッチ電極７を放射導体としてアンテナ素子３が周波数ｆ０（例えば２．３３８ＧＨｚ）の電波を放射するが、その際、第１のグラウンド面１が第２のグラウンド面５に励振され、ｆ０と略同等な周波数の電波を放射するようになっている。すなわち、パッチ電極７に給電してアンテナ素子３から周波数ｆ０の電波が放射されると、第１のグラウンド面１が無給電アンテナとして動作してほぼ周波数ｆ０の電波を放射するように、該第１のグラウンド面１の大きさや支柱４の高さ寸法が設定されている。そして、第１のグラウンド面１を放射導体として放射される電波の放射パターンは、図３に一点鎖線で示すように最大放射方向が真横である。これに対し、アンテナ素子３から放射される電波の放射パターンは、図３に二点鎖線で示すように最大放射方向が真上（天頂方向）なので、これら２種類の放射パターンを合成してなる実際の放射パターンは、図３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７の斜め上方（仰角３０°付近）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、アンテナ素子３を載置した第１のグラウンド面１を大面積な第２のグラウンド面５上に所定の間隔を存して配置することにより、第１のグラウンド面１を無給電アンテナとして動作させてパッチ電極７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、下面側に低雑音増幅回路１０を配設した回路基板２の上面に導電層を設けて第１のグラウンド面１となせば、第１のグラウンド面１と第２のグラウンド面５との間のスペースを有効利用できると共に、部品点数を最小限に抑えることができるため好ましい。
【００１７】
また、上記実施形態例では、誘電体基板６やパッチ電極７の平面視形状が正方形の場合について説明したが、これら誘電体基板６やパッチ電極７の平面視形状が円形の場合にも本発明は適用可能である。
【００１８】
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７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。
【００１９】
【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。
【００２０】
アンテナ素子を載置した第１のグラウンド面を第２のグラウンド面の上方に配置して無給電アンテナとして動作させることにより、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でなので、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  回路基板
３  アンテナ素子
４  支柱
５  第２のグラウンド面
６  誘電体基板
７  パッチ電極
８  アース電極
９  給電ピン
１０  低雑音増幅回路
１１  シールドケース
【図１】
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【図２】
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【図３】
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