(57)【要約】【課題】  安価に製造できて信頼性も高い円偏波アンテナを提供すること。【解決手段】  接地導体１７上に載置固定されたアンテナ素子１０は、一枚の金属板をプレス加工することによって形成された放射導体板１１と給電ピン１２と４本の脚片１３〜１６とを備えており、略正方形の放射導体板１１の各辺の中心に設けた切欠き部１１ａ〜１１ｄから脚片１３〜１６が延出している。ただし、相対向する脚片１３，１４どうしの間隔が相対向する脚片１５，１６どうしの間隔よりも所定量長くなるように設定されている。また、両端に脚片１３，１４が存する直線Ａと、両端に脚片１５，１６が存する直線Ｂに対して、給電ピン１２の存する対角線Ｃが４５度の角度をなすように設定されている。これにより、直線Ａに沿う共振モードと直線Ｂに沿う共振モードの共振長に所定の差を生じさせることができるため、円偏波アンテナとして動作させることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外形が略正多角形または略円形な金属板からなり接地導体上に所定の間隔を存して配置された放射導体板と、該放射導体板の給電点から延出して給電回路に接続された給電ピンと、前記放射導体板の外周縁から延出して前記接地導体とは絶縁された状態で該放射導体板を支持する４本の脚片とを備え、
前記４本の脚片が、前記放射導体板上でその中心を通って互いに直交する２本の直線のうちの一方の直線の両端に配置された第１の脚片および第２の脚片と、他方の直線の両端に配置されて前記一方の直線に対して線対称な位置関係にある第３の脚片および第４の脚片とからなると共に、前記給電点と前記放射導体板の中心とを結ぶ直線が前記２本の直線に対して略４５度の角度をなすように該給電点を配置し、前記一方の直線に沿う共振モードの共振長が前記他方の直線に沿う共振モードの共振長よりも長くなるように設定したことを特徴とする円偏波アンテナ。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記第１および第２の脚片どうしの間隔を前記第３および第４の脚片どうしの間隔よりも長く設定したことを特徴とする円偏波アンテナ。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記４本の脚片がそれぞれ前記放射導体板の外周縁に設けた切欠き部から延出しており、これら４箇所の切欠き部のうち、前記第１および第２の脚片の位置する切欠き部を前記第３および第４の脚片の位置する切欠き部よりも浅く形成したことを特徴とする円偏波アンテナ。
【請求項４】
請求項１の記載において、前記４本の脚片の先端部にキャパシタを付設すると共に、前記第１および第２の脚片に付加される容量値を前記第３および第４の脚片に付加される容量値よりも大きく設定したことを特徴とする円偏波アンテナ。
【請求項５】
請求項４の記載において、前記キャパシタが上面の４箇所に半田ランドを設けて下面にアース電極を設けた誘電体基板からなり、該キャパシタを前記接地導体上に載置して前記半田ランド上に前記４本の脚片を半田付けすると共に、前記第１および第２の脚片の半田付けされる半田ランドを前記第３および第４の脚片の半田付けされる半田ランドよりも大きく形成したことを特徴とする円偏波アンテナ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項の記載において、前記放射導体板の外形が略正方形であって、その各辺の中心に前記４本の脚片が配置されていると共に、該正方形の一方の対角線上に前記給電点が配置されていることを特徴とする円偏波アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車載用等に好適なパッチアンテナ構造の円偏波アンテナに係り、特に、低コスト化に有利な円偏波アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
車載用アンテナにおいては、円偏波信号を用いて送受信を行うことにより、移動中でも偏波方向に対する制御が不要になるという利点がある。そのため、パッチアンテナ構造の小型の円偏波アンテナが、車載用として従来より広く採用されている。
【０００３】
図６は、この種の円偏波アンテナの代表的な従来例を示す平面図である（例えば、特許文献１参照）。同図に示すアンテナ装置１は、円偏波パッチアンテナと称されるもので、誘電体基板２の片面に印刷等の金属薄膜形成技術によって放射導体（パッチ電極）３が設けられており、誘電体基板２の他面にはほぼ全面に図示せぬ接地導体が設けられている。放射導体３は略正方形で、その相対向する一対の角部が切り欠かれて縮退分離素子４，５となっている。放射導体３内の所定の給電点には、誘電体基板２および前記接地導体を貫通する給電ピン６の一端が半田付けされており、この給電ピン６の他端は図示せぬ給電回路に接続されている。
【０００４】
このように概略構成されたアンテナ装置１は、給電ピン６を介して放射導体３に所定の高周波信号を供給することにより、放射導体３を共振させて電界を放射させることができる。この放射導体３は、縮退分離素子４，５の存する対角線方向の共振モードの共振長が、該対角線に直交するもう一つの対角線方向の共振モードの共振長に比べて短くなっている。それゆえ、縮退分離素子４，５の大きさ（切欠き面積）を適宜調整して両共振モードを同等の振幅かつ約９０度の位相差で励振させることにより、両共振モードを合成した主モードが励振されて、このアンテナ装置１を円偏波アンテナとして動作させることができる。
【特許文献１】特開２０００−１５１２６１（第２頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように従来の円偏波パッチアンテナ（アンテナ装置１）は、誘電体基板２の片面に放射導体３を設けて該放射導体３に給電ピン６を接続するという構成になっているが、誘電体損失の少ない誘電体基板２は高価であり、金属薄膜形成技術によって放射導体３を形成する工程も煩雑なため、この種のアンテナ装置１は安価に製造できないという問題があった。特に、共振周波数が高い場合には、アンテナ効率を確保するために誘電体基板２の材料として誘電体損失の極力少ない誘電体が要求されるが、そのような誘電体は非常に高価で材料費が高騰してしまうため、例えば共振周波数が５．８ＧＨｚであるＥＴＣ（自動料金収受システム）用の円偏波アンテナを前記従来技術で製造しようとすると、極めて高価なものになってしまう。
【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、安価に製造できて信頼性も高いパッチアンテナ構造の円偏波アンテナを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した目的を達成するため、本発明の円偏波アンテナでは、外形が略正多角形または略円形な金属板からなり接地導体上に所定の間隔を存して配置された放射導体板と、該放射導体板の給電点から延出して給電回路に接続された給電ピンと、前記放射導体板の外周縁から延出して前記接地導体とは絶縁された状態で該放射導体板を支持する４本の脚片とを備え、前記４本の脚片が、前記放射導体板上でその中心を通って互いに直交する２本の直線のうちの一方の直線の両端に配置された第１の脚片および第２の脚片と、他方の直線の両端に配置されて前記一方の直線に対して線対称な位置関係にある第３の脚片および第４の脚片とからなると共に、前記給電点と前記放射導体板の中心とを結ぶ直線が前記２本の直線に対して略４５度の角度をなすように該給電点を配置し、前記一方の直線に沿う共振モードの共振長が前記他方の直線に沿う共振モードの共振長よりも長くなるように設定した。
【０００８】
このように構成された円偏波アンテナは、第１および第２の脚片を結ぶ直線に沿う共振モードの共振長が、第３および第４の脚片を結ぶ直線に沿う共振モードの共振長に比べて所定量長くなるように設計することによって、両共振モードを同等の振幅かつ約９０度の位相差で励振させることができるため、１点給電方式の円偏波アンテナとして動作させることができる。また、この円偏波アンテナは、一枚の金属板をプレス加工することによって放射導体板と給電ピンと４本の脚片がすべて形成でき、高価な誘電体も不要なため、極めて安価に製造することができる。また、この円偏波アンテナは、放射導体板を４本の脚片によって安定した姿勢に保持することができると共に、誘電体材料のばらつきや印刷パターン精度のばらつき等に起因するアンテナ特性の劣化が回避できることから、高信頼性を確保することも容易である。
【０００９】
具体的な構成例としては、第１および第２の脚片どうしの間隔を第３および第４の脚片どうしの間隔よりも長く設定すればよい。この場合、例えば、４本の脚片がそれぞれ放射導体板の外周縁に設けた切欠き部から延出しており、これら４箇所の切欠き部のうち、第１および第２の脚片の位置する切欠き部を第３および第４の脚片の位置する切欠き部よりも浅く形成しておけばよい。
【００１０】
また、他の具体的な構成例としては、４本の脚片の先端部にキャパシタを付設すると共に、第１および第２の脚片に付加される容量値を第３および第４の脚片に付加される容量値よりも大きく設定すればよい。この場合、例えば、前記キャパシタが上面の４箇所に半田ランドを設けて下面にアース電極を設けた誘電体基板からなり、該キャパシタを前記接地導体上に載置して前記半田ランド上で４本の脚片を半田付けすると共に、第１および第２の脚片が半田付けされる半田ランドを第３および第４の脚片が半田付けされる半田ランドよりも大きく形成しておけばよい。
【００１１】
かかる構成の円偏波アンテナにおいては、放射導体板の外形が略正方形であって、その各辺の中心に４本の脚片が配置されていると共に、該正方形の一方の対角線上に給電点が配置されていることが好ましい。このように放射導体板を外形が略正方形の金属板にしておけば、設計が容易になると共に、プレス抜きや折曲加工を効率的に行うことができるため、製造コストが一層低減できて非常に安価な円偏波アンテナが得られる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の円偏波アンテナは、放射導体板を支持する４本の脚片のうち、相対向する脚片の間隔をそれぞれ異ならせたり、隣り合う脚片に異なる容量値を付加するなどして、互いに直交する二つの共振モードの共振長に所定の差を生じさせることができるため、１点給電方式の円偏波アンテナとして動作させることができる。また、一枚の金属板をプレス加工することによって放射導体板と給電ピンと各脚片がすべて形成でき、高価な誘電体は不要である。したがって、安価に製造できて信頼性も高いパッチアンテナ構造の円偏波アンテナが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係る円偏波アンテナの斜視図、図２は該円偏波アンテナの平面図、図３は該円偏波アンテナの断面図である。
【００１４】
図１〜図３に示す円偏波アンテナのアンテナ素子１０は、一枚の金属板をプレス加工することによって形成された放射導体板１１と給電ピン１２と４本の脚片１３〜１６とを備えている。このアンテナ素子１０は、上面に接地導体１７を設けた基板１８上に載置固定されている。放射導体板１１は外形が略正方形であって、その外周縁の４箇所（該正方形の各辺の中心）に設けた切欠き部１１ａ〜１１ｄからそれぞれ下向きに切り起こし片である脚片１３〜１６が延出している。ただし、図２から明らかなように、相対向する脚片１３，１４の位置する切欠き部１１ａ，１１ｂは、相対向する脚片１５，１６の位置する切欠き部１１ｃ，１１ｄよりも浅く形成されている。各脚片１３〜１６の下端部は基板１８の対応する位置に設けられた取付孔１９に挿入されて半田付けされているが、図３から明らかなように、各脚片１３〜１６は接地導体１７と絶縁されており、電気的には開放端となっている。そして、基板１８に機械的に固定されたこれら４本の脚片１３〜１６によって、放射導体板１１は接地導体１７に対して略平行な姿勢に保持されている。また、放射導体板１１の一方の対角線上に設定された給電点から下向きに切り起こし片である給電ピン１２が延出しており、この給電ピン１２の下端部は基板１８のスルーホール１８ａ内で半田付けされている。これにより、給電ピン１２は基板１８の下面に設けられた図示せぬ給電回路と接続されるため、給電ピン１２を介して放射導体板１１に所定の高周波信号を供給することができる。
【００１５】
このアンテナ素子１０は、放射導体板１１の切欠き部１１ａ，１１ｂを切欠き部１１ｃ，１１ｄよりも浅く形成することによって、相対向する脚片１３，１４どうしの間隔が相対向する脚片１５，１６どうしの間隔よりも所定量長くなるように設定されている。また、両端に脚片１３，１４が存する直線Ａと、両端に脚片１５，１６が存する直線Ｂに対して、給電ピン１２の存する対角線Ｃが４５度の角度をなすように設定されている。これにより、放射導体板１１の互いに直交する二つの共振モード（直線Ａに沿う共振モードと直線Ｂに沿う共振モード）の共振長に所定の差を生じさせることができるため、切欠き部１１ａ〜１１ｄの深さや脚片１３〜１６の大きさを適宜調整することによって、これら両共振モードを同等の振幅かつ約９０度の位相差で励振させることが可能となり、１点給電方式の円偏波アンテナとして動作させることができる。
【００１６】
また、このアンテナ素子１０は、一枚の金属板をプレス加工することによって放射導体板１１と給電ピン１２と４本の脚片１３〜１６がすべて形成でき、高価な誘電体も不要なため、極めて安価に製造することができる。しかも、このアンテナ素子１０の放射導体板１１は外形が略正方形の金属板からなるため、設計が容易であると共に、プレス抜きや折曲加工を効率的に行うことができ、それゆえ製造コストのさらなる低減が容易である。
【００１７】
また、このアンテナ素子１０は、放射導体板１１を４本の脚片１３〜１６によって安定した姿勢に保持することができると共に、誘電体材料のばらつきや印刷パターン精度のばらつき等に起因するアンテナ特性の劣化を回避することができるため、高信頼性を確保することも容易である。
【００１８】
図４は本発明の第２実施形態例に係る円偏波アンテナの平面図、図５は該円偏波アンテナの断面図であって、図１〜図３と対応する部分には同一符号が付してあるため、重複する説明は適宜省略する。
【００１９】
図４および図５に示す円偏波アンテナにおいて、アンテナ素子２０はキャパシタ２１を介して基板１８の接地導体１７上に載置固定されている。また、放射導体板１１の切欠き部１１ａ〜１１ｄの深さはすべて同等なため、相対向する脚片１３，１４どうしの間隔と相対向する脚片１５，１６どうしの間隔は同等である。キャパシタ２１は、誘電体基板２２の上面の４箇所に半田ランド２３ａ〜２３ｄを設け、かつ誘電体基板２２の下面にアース電極２４を設けて構成されており、各半田ランド２３ａ〜２３ｄ上でそれぞれ脚片１３〜１６が半田付けされている。ただし、第１および第２の脚片１３，１４が半田付けされる半田ランド２３ａ，２３ｂは、第３および第４の脚片１５，１６が半田付けされる半田ランド２３ｃ，２３ｄよりも大きく形成されているので、第１および第２の脚片１３，１４の先端部に付加される容量値は第３および第４の脚片１５，１６の先端部に付加される容量値よりも若干大きくなっている。なお、給電ピン１２の下端部は誘電体基板２２を貫通して基板１８のスルーホール１８ａ内で半田付けされている。
【００２０】
このように本実施形態例では、アンテナ素子２０と接地導体１７との間にキャパシタ２１を介在させて、相対向する一対の脚片１３，１４に付加される容量値が、相対向する他の一対の脚片１５，１６に付加される容量値よりも大きくなるように構成してあるため、両端に脚片１３，１４が存する直線に沿う共振モードの共振長が、両端に脚片１５，１６が存する直線に沿う共振モードの共振長に比べて長くなる。したがって、脚片１３，１４や脚片１５，１６の付加容量値を適宜調整することによって、これら両共振モードを同等の振幅かつ約９０度の位相差で励振させることが可能となり、１点給電方式の円偏波アンテナとして動作させることができる。
【００２１】
なお、上述した第１および第２実施形態例では、いずれも放射導体板１１の外形が略正方形の場合について説明したが、放射導体板の外形が他の正多角形または円形であっても、該放射導体板を支える４本の脚片の相互の位置関係や付加容量値、給電ピンの配置等を適宜設定しておくことにより、安価で高信頼性の円偏波アンテナとして動作させることはできる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１実施形態例に係る円偏波アンテナの斜視図である。
【図２】該円偏波アンテナの平面図である。
【図３】該円偏波アンテナの断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態例に係る円偏波アンテナの平面図である。
【図５】該円偏波アンテナの断面図である。
【図６】従来例に係る円偏波アンテナの平面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０，２０  アンテナ素子
１１  放射導体板
１１ａ〜１１ｄ  切欠き部
１２  給電ピン
１３〜１６  脚片
１７  接地導体
１８  基板
２１  キャパシタ
２２  誘電体基板
２３ａ〜２３ｄ  半田ランド
２４  アース電極
【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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