(57)【要約】【課題】  高誘電率の誘電体基体を用いてパッチアンテナ素子を小型化しても帯域幅が不所望に狭くならず、もって製造歩留まりの向上が図れるアンテナ装置を提供すること。【解決手段】  パッチアンテナ素子１０は、誘電体基体１２の天面と底面にそれぞれパッチ電極１３とグラウンド電極１４を設け、パッチ電極１３の給電点に給電ピン１５を接続した構成になっており、誘電体基体１２に高誘電率（比誘電率９０程度）の材料を用いることによって小型化を促進している。このパッチアンテナ素子１０を、回路基板１１の片面でグラウンド導体部１６が形成されている領域の縁部に搭載することにより、小型化に伴うＱ値の増大を抑制して帯域幅を広げることができる。例えば、グラウンド導体部１６に突出縁部１６ａを延設しておき、この突出縁部１６ａ上にパッチアンテナ素子１０を搭載すればよい。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
比誘電率が７０以上の誘電体材料からなる誘電体基体と、該誘電体基体の天面に設けられたパッチ電極と、該パッチ電極の給電点に接続された給電手段とを備えたパッチアンテナ素子を、回路基板の片面でグラウンド導体部が形成されている領域の縁部に搭載したことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記誘電体材料の比誘電率が９０以上であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項３】
請求項１または２の記載において、前記誘電体基体が平面視矩形であって、該誘電体基体の少なくとも一側面を前記グラウンド導体部の外縁の近傍に略平行に配置させたことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項４】
請求項３の記載において、前記グラウンド導体部に前記パッチアンテナ素子が搭載される矩形の突出縁部を延設し、該突出縁部の外縁である三辺の近傍にそれぞれ前記誘電体基体の相異なる三つの側面を略平行に配置させたことを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体基体の天面にパッチ電極が設けられているパッチアンテナ素子を回路基板上に搭載してなるアンテナ装置に係り、特に、高誘電率の誘電体基体を用いてパッチアンテナ素子の小型化を促進しているアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
小型化に好適で比較的安価に製造できるパッチアンテナ素子は、車載用等のアンテナ装置に広く採用されている。かかるパッチアンテナ素子は、セラミック等の誘電体材料からなる誘電体基体の両面にパッチ電極（放射導体）とグラウンド電極を設け、天面側のパッチ電極の給電点に給電ピンや給電ラインの一端を接続することにより概略構成されている。そして、かかるパッチアンテナ素子を広いグラウンド導体部が設けられた回路基板上に搭載し、給電ピンや給電ラインの他端を回路基板側のアンテナ回路に接続することによって、所望の利得を確保したアンテナ装置が得られる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図７はこの種のアンテナ装置の従来例を示す平面図であって、ＧＰＳ（全地球測位システム）用のパッチアンテナ素子１が回路基板２上に搭載されている。パッチアンテナ素子１は、セラミック等からなる平面視矩形の誘電体基体３と、誘電体基体３の天面に設けられた所定形状のパッチ電極４と、誘電体基体３の底面に設けられた図示せぬグラウンド電極と、誘電体基体３を貫通してパッチ電極４の給電点に接続された給電ピン５とによって構成されており、給電ピン５は前記グラウンド電極とは非接触に保たれている。また、パッチアンテナ素子１を搭載している回路基板２の上面側にはほぼ全面にグラウンド導体部６が設けられており、図示はしていないが、回路基板２の下面側にはフィルタ部や増幅部等を含むアンテナ回路が配設されている。このアンテナ回路には前記給電ピン５が接続されており、この給電ピン５を介してパッチ電極４に所定の高周波電力を供給することにより、パッチ電極４は励振される。そして、図７に示すようにパッチアンテナ素子１が広いグラウンド導体部６上の中央付近に搭載されていることから、励振時のパッチ電極４と広いグラウンド導体部６との間に生じる電界によって効率よく電波を放射することが可能となっている。
【０００４】
なお、このようなアンテナ装置では、昨今、回路基板２の高密度実装や多機能化を容易にする等の要望に応えるため、パッチアンテナ素子１が著しく小型化されてきている。具体的には、パッチアンテナ素子１の誘電体基体３の材料として一般的に用いられている比誘電率３５程度のセラミックの代わりに、比誘電率が大幅に高い（例えば９０程度）セラミックを用いれば、波長短縮効果が著しく増大されてパッチ電極４の大きさをかなり縮小できる。つまり、パッチ電極を一辺の長さがＬの正方形とした場合、その共振長をλ、誘電体基体の比誘電率をεとすると、Ｌの値は約λ／（２√ε）に設定できるので、比誘電率εの値を大きくすることによって、パッチ電極の面積を低減できてパッチアンテナ素子の小型化が促進できる。
【特許文献１】特開２００１−９４３３６号公報（第２頁、図９）
【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、比誘電率が例えば９０程度のセラミックを使用することでパッチアンテナ素子の小型化を促進できるが、このように高誘電率の誘電体基体を使用した場合、アンテナの共振の鋭さを示すＱ値が増加して帯域幅が狭くなるため、狭帯域化に起因する製造歩留まりの低下が問題となってくる。すなわち、帯域幅があまりに狭いと、アンテナ装置を量産する製造現場において、共振周波数が最適値から僅かにずれただけの製品が感度不足の不良品となってしまうため、歩留まりの低下を余儀なくされてコストアップを招来してしまう。
【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、高誘電率の誘電体基体を用いてパッチアンテナ素子を小型化しても帯域幅が不所望に狭くならず、もって製造歩留まりの向上が図れるアンテナ装置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、本発明のアンテナ装置では、比誘電率が７０以上の誘電体材料からなる誘電体基体と、該誘電体基体の天面に設けられたパッチ電極と、該パッチ電極の給電点に接続された給電手段とを備えたパッチアンテナ素子を、回路基板の片面でグラウンド導体部が形成されている領域の縁部に搭載した。
【０００８】
このようにパッチアンテナ素子が回路基板のグラウンド導体部上の縁部に搭載されていると、該縁部の側では広いグラウンド導体部が存しないため放射効率が若干低下するが、該縁部側とは異なる側では回路基板に広いグラウンド導体部を設けることによって放射効率を高めることができるので、共振の鋭さを示すＱ値を低下させたアンテナ装置が得られる。それゆえ、誘電体基体の材料の比誘電率を７０以上、好ましくは９０以上にしてパッチアンテナ素子の小型化を促進した場合でも、Ｑ値の増大が抑制できるため帯域幅が広くなり、よってアンテナ装置の製造歩留まりが改善して大幅なコストダウンが図れる。
【０００９】
かかる構成のアンテナ装置において、パッチアンテナ素子の形状は特に限定されるものではないが、例えばパッチアンテナ素子の誘電体基体が平面視矩形であるとすると、該誘電体基体の少なくとも一側面を回路基板のグラウンド導体部の外縁近傍に略平行に配置させておけばよい。さらに、Ｑ値を抑えて帯域幅を広げる必要性が特に高い場合には、グラウンド導体部にパッチアンテナ素子が搭載される矩形の突出縁部を延設して、該突出縁部の外縁である三辺の近傍にそれぞれパッチアンテナ素子の誘電体基体の相異なる三つの側面を略平行に配置させておけばよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアンテナ装置は、小型化を促進するために高誘電率（比誘電率が７０以上）の誘電体基体を用いているパッチアンテナ素子を、回路基板の片面でグラウンド導体部が形成されている領域の縁部に搭載しているため、Ｑ値を抑えて帯域幅を広げることができる。それゆえ、かかるアンテナ装置を量産する製造現場において、共振周波数が最適値から若干ずれていてもアンテナ性能には問題のない良品となるため製造歩留まりが向上し、大幅なコストダウンが期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
発明の実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の実施形態例に係るアンテナ装置の平面図、図２は該アンテナ装置の要部側面図である。
【００１２】
これらの図に示すアンテナ装置は、パッチアンテナ素子１０を回路基板１１上の所定位置に搭載してＧＰＳ用アンテナとなしたものである。このパッチアンテナ素子１０は、平面視矩形の誘電体基体１２と、誘電体基体１２の天面に設けられた所定形状のパッチ電極１３と、誘電体基体１２の底面に設けられたグラウンド電極１４と、誘電体基体１２を貫通してパッチ電極１３の給電点に接続された給電ピン１５とによって構成されており、給電ピン１５はグラウンド電極１４とは非接触に保たれている。ここで、誘電体基体１２は比誘電率が７０以上の高誘電率材料からなり、本実施形態例の場合は比誘電率が９０程度のセラミックからなり、このように高誘電率の誘電体基体１２を用いることによって、パッチアンテナ素子１０は著しく小型化されている。
【００１３】
一方、回路基板１１の上面側には、ほぼ全面にグラウンド導体部１６が設けられており、回路基板１１の下面側には、フィルタ部や増幅部等を含むアンテナ回路１７が配設されている。回路基板１１の下面側にはまた、図示せぬスルーホールを介して上面側のグラウンド導体部１６と導通されたグラウンド導体部１８が設けられている。図１に示すように、回路基板１１の一部は矩形突部１１ａとしてせり出しており、矩形突部１１ａの上面にグラウンド導体部１６の矩形の突出縁部１６ａが延設され、この突出縁部１６ａ上にパッチアンテナ素子１０が搭載されている。具体的には、突出縁部１６ａのコ字形の外縁を構成している三辺の近傍にそれぞれ、誘電体基体１２の相異なる三つの側面を略平行に配置させた状態で、パッチアンテナ素子１０は突出縁部１６ａ上に搭載されている。ただし、パッチアンテナ素子１０の給電ピン１５はグラウンド導体部１６とは接触せず、回路基板１１を貫通してアンテナ回路１７に接続されている。そして、この給電ピン１５を介してパッチ電極１３に所定の高周波電力を供給することにより、パッチ電極１３は励振される。
【００１４】
励振時のパッチ電極１３とグラウンド導体部１６，１８との間には電界が生じて電波が放射されるが、パッチアンテナ素子１０がグラウンド導体部１６の突出縁部１６ａ上に搭載されているため、上から見てパッチアンテナ素子１０の一辺側にはグラウンド導体部１６が広がっているものの、パッチアンテナ素子１０の残余の三辺側には広いグラウンド導体部１６が存在していない（図１参照）。したがって、図２に矢印で示すように、広いグラウンド導体部１６が存する側ではパッチ電極１３と該グラウンド導体部１６との間に強い電界が生じて放射効率が高まるが、それ以外の側では、回路基板１１をまわり込むパッチ電極１３とグラウンド導体部１８間の電界が支配的となるため放射効率は若干低下する。その結果、本実施形態例に係るアンテナ装置は、パッチアンテナ素子１０の小型化に伴うＱ値の増大が抑制されて帯域幅が広くなっている。
【００１５】
図３は、本実施形態例に係るアンテナ装置の周波数に応じたリターンロス（反射減衰量）を示す特性図であり、比較例として、パッチアンテナ素子１０をグラウンド導体部１６上の中央付近に搭載した場合のリターンロスも示している。パッチアンテナ素子１０をグラウンド導体部１６の突出縁部１６ａ上に搭載している本実施形態例の場合、そのリターンロスは図３に実線で示す特性曲線のようになり、共振周波数ｆ0から多少ずれた周波数でも−１０ｄＢ以下となって帯域幅が広がっていることがわかる。これに対して、パッチアンテナ素子１０をグラウンド導体部１６上の中央付近に搭載した比較例の場合、図３に破線で示す特性曲線ようになり、Ｑ値が極めて大きいため共振周波数ｆ0においてリターンロスが急減し、周波数がｆ0から僅かにずれただけでリターンロスは−１０ｄＢを上回ってしまうことがわかる。この比較例のように帯域幅が非常に狭いアンテナ装置を量産する製造現場では、共振周波数が最適値から僅かにずれただけの製品が感度不足の不良品となってしまうため、歩留まりが極めて悪くなる。
【００１６】
上述したように、本実施形態例に係るアンテナ装置では、高誘電率の誘電体基体１２を用いてパッチアンテナ素子１０の小型化を促進しつつ、このパッチアンテナ素子１０をグラウンド導体部１６の突出縁部１６ａ上に搭載することによって共振の鋭さを示すＱ値を意図的に低下させているので、パッチアンテナ素子１０が超小型でありながら所望の帯域幅が確保されている。そのため、このアンテナ装置を量産する製造現場においては、共振周波数が最適値から若干ずれていてもアンテナ性能には問題のない良品となるため製造歩留まりが向上し、大幅なコストダウンが期待できる。
【００１７】
なお、上述した実施形態例では、グラウンド導体部１６に延設した突出縁部１６ａ上にパッチアンテナ素子１０を搭載しているため、Ｑ値を抑えて帯域幅を広げる効果が高まっているが、帯域幅を少し広げるだけで製造歩留まりが顕著に改善する場合や、利得の低下を極力回避する必要がある場合などには、突出縁部１６ａを省略した構成にしてもよい。例えば、図４の平面図に示すように、パッチアンテナ素子１０をグラウンド導体部１６の一辺端の中央部付近に搭載した場合、誘電体基体１２の一側面だけがグラウンド導体部１６の外縁の近傍に配置され、誘電体基体１２の残り三つの側面は広いグラウンド導体部１６に臨出することになるため、Ｑ値は僅かに低下するだけであるが、それでも帯域幅を少しだけ広げる効果はある。また、図５の平面図に示すように、パッチアンテナ素子１０をグラウンド導体部１６の隅部に搭載した場合には、誘電体基体１２の二つの側面がグラウンド導体部１６の外縁の近傍に配置され、誘電体基体１２の残り二つの側面は広いグラウンド導体部１６に臨出することになるため、その帯域幅は、図４に示すアンテナ装置よりも広く、図１に示す前記実施形態例よりも狭くなる。
【００１８】
また、パッチアンテナ素子の誘電体基体が平面視矩形でない場合にも本発明は適用可能である。例えば、図６の平面図に示すパッチアンテナ素子２０は、誘電体基体１２が平面視円形でパッチ電極１３も略円形であるが、グラウンド導体部１６に舌状の突出縁部１６ｂを延設して、この突出縁部１６ｂ上にパッチアンテナ素子２０を搭載することにより、図１に示す前記実施形態例とほぼ同様の効果が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態例に係るアンテナ装置の平面図である。
【図２】該アンテナ装置の要部側面図である。
【図３】該アンテナ装置と比較例の周波数に応じたリターンロス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アンテナ装置の平面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態例に係るアンテナ装置の平面図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態例に係るアンテナ装置の平面図である。
【図７】従来例に係るアンテナ装置の平面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０，２０  パッチアンテナ素子
１１  回路基板
１２  誘電体基体
１３  パッチ電極
１４  グラウンド電極
１５  給電ピン
１６  グラウンド導体部
１６ａ，１６ｂ  突出縁部
１７  アンテナ回路
【図１】
2005124048.tif 000003
【図２】
2005124048.tif 000004
【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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