(57)【要約】【課題】簡単かつ安価に高利得化が図れるパッチアンテナを提供すること。【解決手段】蓋部に半球形状の誘電レンズ体７を設けたレドーム６の内部に誘電体基板１等を収納し、誘電レンズ体７をパッチ電極２に近接させて対向配置した。これにより、給電時にパッチ電極２から放射される電波の多くが誘電レンズ体７を通過して位相の遅れを生じることとなり、その位相の遅れはパッチ電極２の中央部の前方で大きく周縁部の前方で小さくなるので、誘電レンズ体７が存しない場合に比べてパッチアンテナの放射パターンが絞られて指向性がシャープになる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板と、この誘電体基板の片面に設けられて高周波信号の給電を受けるパッチ電極と、このパッチ電極よりも大面積で前記誘電体基板の他面に設けられた接地導体と、前記パッチ電極に近接して対向配置された誘電体材料からなる誘電レンズ体とを備え、この誘電レンズ体を前記パッチ電極の中央部と対向する部分の厚みが該パッチ電極の周縁部と対向する部分の厚みよりも大きい形状としたことを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項２】
誘電体基板と、この誘電体基板の片面に設けられて高周波信号の給電を受けるパッチ電極と、このパッチ電極よりも大面積で前記誘電体基板の他面に設けられた接地導体と、前記パッチ電極に近接して対向配置された誘電体材料からなる誘電平板体とを備え、この誘電平板体における前記パッチ電極との対向面の大きさを該パッチ電極と同等以下に設定したことを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項３】
請求項１または２の記載において、前記誘電体基板と前記パッチ電極および前記接地導体を収納するレドームを備え、このレドームの一部を前記誘電レンズ体または前記誘電平板体にて構成したことを特徴とするパッチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信や放送に用いて好適なパッチアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５はこの種のパッチアンテナの従来例を示す断面図であり、同図において、誘電体基板１は誘電損失が少なく高利得化に有利な誘電体材料（例えば比誘電率が約２．６のポリテトラフルオロエチレン等）からなる。誘電体基板１の天面の中央部に放射素子としてのパッチ電極２が設けられ、誘電体基板１の底面ほぼ全域に接地導体４が設けられ、パッチ電極２の所定位置に給電ピン３が半田付けされている。給電ピン３は給電ケ−ブル５を介して図示せぬ増幅回路や発振回路等と電気的に接続されており、この給電ピン３からパッチ電極２に高周波信号が給電されるようになっている。これら誘電体基板１等はレドーム６内に収納されており、レドーム６によって塵埃等の異物がパッチ電極２に付着しないように保護されている。このレドーム６は誘電体材料である合成樹脂を成形してなる外装ケースであるが、アンテナ特性への影響を少なくするためにレドーム６とパッチ電極２との間には若干の空間が確保され、レドーム６自身の肉厚も薄く設計されている。
【０００３】
なお、給電ピン３を省略し、パッチ電極２から延設したマイクロストリップラインによって給電するという構造のパッチアンテナも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のパッチアンテナにおいて、パッチ電極２の大きさは動作周波数に応じて決定されるので、利得を高めるためにパッチ電極２を大きめに設計するという選択は行えない。また、パッチ電極２の形状と放射パターンとの関係は極めて複雑なので、高利得な放射パターンが得られるようにパッチ電極２の形状を調整することは相当に困難である。したがって、この種のパッチアンテナでは、利得を高めて感度を向上させることが容易でなく、その対策が要望されていた。
【０００５】
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、簡単かつ安価に高利得化が図れるパッチアンテナを提供することにある。
【０００６】
【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、本発明のパッチアンテナは、誘電体基板と、この誘電体基板の片面に設けられて高周波信号の給電を受けるパッチ電極と、このパッチ電極よりも大面積で前記誘電体基板の他面に設けられた接地導体と、前記パッチ電極に近接して対向配置された誘電体材料からなる誘電レンズ体とを備え、この誘電レンズ体を前記パッチ電極の中央部と対向する部分の厚みが該パッチ電極の周縁部と対向する部分の厚みよりも大きい形状とした。
【０００７】
このように誘電体材料からなる誘電レンズ体をパッチ電極に近接させて対向配置しておけば、パッチ電極から放射される電波が誘電レンズ体を通過する際に位相の遅れを生じ、その位相の遅れはパッチ電極の中央部の前方で大きく周縁部の前方で小さくなるので、誘電レンズ体が存しない場合に比べると、パッチアンテナの放射パターンが絞られて指向性がシャープになり、利得を高めることができまる。また、この誘電レンズ体は誘電体材料からなる成形品でよいため、極めて安価に製造することができる。
【０００８】
なお、誘電レンズ体の代わりに誘電体材料からなる誘電平板体を用い、この誘電平板体におけるパッチ電極との対向面の大きさを該パッチ電極と同等以下に設定した場合にも、パッチ電極から放射されて誘電平板体を通過する電波に位相の遅れが生じ、誘電平板体を通過しない電波には位相の遅れが生じないので、パッチアンテナの放射パターンが絞られて指向性がシャープになる。
【０００９】
上記の構成において、誘電体基板とパッチ電極および接地導体を収納するレドームを備え、このレドームの一部を前記誘電レンズ体または前記誘電平板板にて構成しておけば、部品点数や組立工数を増加することなく高利得化が実現できるので好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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の断面図、図２は該パッチアンテナの一部を破断して示す正面図であり、図５に対応する部分には同一符号を付してある。
【００１１】
図１，２に示すパッチアンテナは、誘電体基板１の両面にパッチ電極２と接地導体４を設け、パッチ電極２の所定位置に半田付けした給電ピン３を給電ケ−ブル５に接続すると共に、蓋部に誘電レンズ体７を設けたレドーム６の内部に誘電体基板１等を収納して概略構成されている。誘電体基板１はポリテトラフルオロエチレン等の誘電体材料からなる。パッチ電極２は誘電体基板１の天面の中央部に設けられた放射素子であり、給電ケ−ブル５および給電ピン３を介してパッチ電極２に高周波信号が給電されるようになっている。給電ピン３の位置はインピーダンスが整合するように適宜選択されており、接地導体４は誘電体基板１の底面のほぼ全域に設けられている。レドーム６はＡＢＳ樹脂等の誘電体材料を成形してなる外装ケースであるが、レドーム６のうち誘電体基板１の前方に配置される部分は凸レンズを半分にしたような半球形状の誘電レンズ体７となっている。
【００１２】
この誘電レンズ体７はパッチ電極２に近接して対向配置されており、誘電レンズ体７のうちパッチ電極２の中央部と対向する部分の厚みが最大で、径方向外側ほど誘電レンズ体７の厚みは漸減している。したがって、給電時にパッチ電極２から放射される電波の多くが誘電レンズ体７を通過して位相の遅れを生じることとなり、その位相の遅れはパッチ電極２の中央部の前方で大きく周縁部の前方で小さくなる。すなわち、パッチ電極２から放射されて同位相で進む電波の束が誘電レンズ体７により絞られるので、パッチアンテナの指向性がシャープになり、誘電レンズ体７が存しない場合に比べると、パッチ電極２の真正面方向へより多くの電波が放射されるようになる。なお、誘電レンズ体７の形状は半球形状に限らず、円錐形状や多角錐形状等を採用することも可能であり、要はパッチ電極２の中央部と対向する部分の厚みが最大で、径方向外側ほど厚みが漸減する形状の誘電レンズ体７であれば良い。
【００１３】
図３はパッチ電極２の中心を通って垂直な平面内におけるパッチアンテナの放射パターンを示す特性図で、図中実線で描いた曲線は誘電レンズ体７を設けた本実施形態例を示し、２点鎖線で描いた曲線は誘電レンズ体７を除去した比較例を示している。同図からも明らかなように、パッチ電極２に近接して対向する誘電レンズ体７を設けると、パッチアンテナの放射パターンが絞られて指向性がシャープになり、利得が高まることがわかる。しかも、この誘電レンズ体７はレドーム６の蓋部を兼ねているので、部品点数や組立工数を増加することなく簡単かつ安価に高利得化が実現できる。
【００１４】
図４は本発明の他の実施形態例に係るパッチアンテナの断面図であり、図１に対応する部分には同一符号を付してある。図４に示すパッチアンテナでは、誘電レンズ体の代わりに直方体形状の誘電平板体８をパッチ電極２に近接して対向配置させている。この誘電平板体８の平面的な大きさは、パッチ電極２と略同等またはそれ以下であり、パッチ電極２の周縁を除くほぼ全面が誘電平板体８と対向している。このように構成したパッチアンテナにおいても、パッチ電極２から放射されて誘電平板体８を通過する電波に位相の遅れが生じ、誘電平板体８を通過しない電波には位相の遅れが生じないので、放射パターンが絞られて指向性がシャープになり、利得を高めることができる。
【００１５】
なお、本発明が適用されるパッチアンテナは上記各実施形態例に限定されず、パッチ電極から延設したマイクロストリップラインによって給電するという構造のパッチアンテナに対しても適用可能であることは言うまでもない。
【００１６】
【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。
【００１７】
誘電体材料からなる誘電レンズ体や誘電平板体をパッチ電極に近接させて対向配置することにより、パッチアンテナの放射パターンが絞られて指向性がシャープになるので、利得を高めることができる。しかも、誘電レンズ体や誘電平板体は誘電体材料からなる成形品でよいため、極めて安価に製造できる。
【００１８】
また、かかる誘電レンズ体や誘電平板体をレドームの一部となせば、部品点数や組立工数を増加することなく高利得化が実現できる。
【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の断面図である。
【図２】該パッチアンテナの一部を破断して示す正面図である。
【図３】該パッチアンテナの放射パターンを示す特性図である。
【図４】本発明の他の実施形態例に係るパッチアンテナの断面図である。
【図５】従来例に係るパッチアンテナの断面図である。
【符号の説明】
１　誘電体基板
２　パッチ電極
３　給電ピン
４　接地導体
６　レドーム
７　誘電レンズ体
８　誘電平板体
【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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