(57)【要約】【課題】  小型化を損なわずに天頂方向の利得を高めることができるパッチアンテナを提供すること。【解決手段】  パッチアンテナ１は、誘電体基板２と、この誘電体基板２の天面のほぼ全領域に設けられた放射電極３と、４箇所に切欠き部４を有する外形に形成されて誘電体基板２の底面に設けられたグラウンド電極５と、誘電体基板２を貫通して放射電極３の給電点に接続された給電ピン６とを備えており、放射電極３に縮退分離素子３ａが装荷されているため円偏波アンテナとして動作する。切欠き部４は誘電体基板２の四辺の略中央を臨む位置にそれぞれ形成されており、グラウンド電極５は各切欠き部４に相当する部分を除く誘電体基板２の底面のほぼ全領域に形成されている。グラウンド電極５は放射電極３に比べて大きく形成されてはいないが、切欠き部４を有するため下方への放射は抑制される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体基板の天面に放射電極を設けると共に、前記誘電体基板の底面に、凹状の切欠き部を有する外形に形成されたグラウンド電極を設けたことを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項２】
請求項１の記載において、前記グラウンド電極の中心に対して略点対称な複数箇所に前記切欠き部が形成されていることを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項３】
請求項２の記載において、前記誘電体基板が平面視正方形状であって、その各辺の略中央を臨む位置にそれぞれ前記切欠き部が形成されており、円偏波アンテナとして動作することを特徴とするパッチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体基板の天面と底面にそれぞれ放射電極とグラウンド電極が配設されているパッチアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、小型薄型化に好適な誘電体アンテナとして、パッチアンテナの需要が高まっている。パッチアンテナは基本的に、誘電体基板と、この誘電体基板の天面に設けられた所定形状の放射電極（パッチ電極）と、誘電体基板の底面に設けられたグラウンド電極（裏面電極）と、放射電極に対して給電を行う給電ピン等の給電手段とによって概略構成される。ここで、誘電体基板は、その波長短縮効果によって放射電極の小型化に寄与している。
【０００３】
この種のパッチアンテナは、円偏波アンテナとしても直線偏波アンテナとしても利用可能であり、その用途に応じて最適な指向性が得られるように放射パターンが調整される。例えば、ＧＰＳ（全地球測位システム）用の円偏波アンテナとして動作するパッチアンテナの場合、天頂方向の利得が小さいとＧＰＳ衛星からの円偏波を確実に受信することができなくなってしまうため、天頂方向に十分な利得が得られるように放射パターンを調整する必要がある。このように天頂方向の利得が高まるように設計された従来のパッチアンテナは、一般に、グラウンド電極が放射電極に比べて大きく形成されており、誘電体基板の底面のほぼ全面にグラウンド電極を設けたものが多い（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−１５２２３７号公報（第２頁、図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したようにパッチアンテナの天頂方向の利得を高めたい場合には、グラウンド電極を放射電極に比して大きく形成するという手法が一般的である。こうすることによって、グラウンド電極に生起される誘導電流の経路長や向きが多様になるため、該誘導電流に起因する下方への放射が弱まり、その分、天頂方向への放射を強めることができる。しかしながら、大きなグラウンド電極を形成するためには大きな誘電体基板が必要となるため、パッチアンテナが大型化してしまうという問題があった。
【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、小型化を損なわずに天頂方向の利得を高めることができるパッチ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】
【０００６】
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、誘電体基板の天面に放射電極を設けると共に、前記誘電体基板の底面に、凹状の切欠き部を有する外形に形成されたグラウンド電極を設ける構成とした。
【０００７】
このようにグラウンド電極（裏面電極）の外周縁部に切欠き部が形成されていると、グラウンド電極に生起される誘導電流のうち、中央部を横切る主たる誘導電流の流れを妨げることなく、外周縁部を流れる誘導電流の経路長を該切欠き部によって著しく長くすることができるため、グラウンド電極の誘導電流に起因する下方への放射が弱くなる。それゆえ、グラウンド電極を放射電極に比して特に大きく形成しなくても、天頂方向への放射を強くすることができる。
【０００８】
なお、前記切欠き部が放射電極からの放射に悪影響を及ぼさないようにするため、グラウンド電極の中心に対して略点対称な複数箇所に該切欠き部が形成されていることが好ましい。例えば、前記誘電体基板が平面視正方形状であって、その各辺の略中央を臨む位置にそれぞれ前記切欠き部が形成されていれば、天頂方向の利得が高い円偏波アンテナとして動作させることが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のパッチアンテナは、誘電体基板の底面に配設されるグラウンド電極が凹状の切欠き部を有する外形に形成されており、グラウンド電極の外周縁部に沿って流れる誘導電流の経路長が該切欠き部によって長くなることから、グラウンド電極の誘導電流に起因する下方への放射が弱まり、その分、天頂方向への放射を強めることができる。それゆえ、天頂方向への放射を強くするためにグラウンド電極を大きく形成する必要がなくなって、天頂方向に高い利得が要求される小型のパッチアンテナを容易に実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、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パッチアンテナの平面図、図２は該パッチアンテナの底面図、図３は該パッチアンテナの斜視図、図４は該パッチアンテナの断面図、図５は該パッチアンテナの放射パターンを示す特性図である。
【００１１】
図１〜図４に示すパッチアンテナ１は、ＧＰＳ用の円偏波アンテナとして設計されたものである。このパッチアンテナ１は、比誘電率が約４．０の誘電体からなる平面視正方形状の誘電体基板２と、この誘電体基板２の天面に設けられた略正方形状の放射電極（パッチ電極）３と、４箇所に切欠き部４を有する外形に形成されて誘電体基板２の底面に設けられたグラウンド電極（裏面電極）５と、誘電体基板２を貫通して放射電極３の給電点に半田付けされた給電ピン６とによって主に構成されている。
【００１２】
放射電極３とグラウンド電極５はいずれも銅箔等をエッチング技術を用いて所定形状に形成したものであり、放射電極３には一方の対角線の両端部に位置する２箇所に縮退分離素子３ａが装荷されている。この放射電極３は、各縮退分離素子３ａに相当する部分を除く誘電体基板２の天面のほぼ全領域に形成されている。切欠き部４は、誘電体基板２の四辺の略中央を臨む位置にそれぞれ形成されており、隣接する切欠き部４どうしの間隔はすべて同等である。グラウンド電極５は、各切欠き部４に相当する部分を除く誘電体基板２の底面のほぼ全領域に形成されている。誘電体基板２を貫通する給電ピン６は、グラウンド電極５とは非接触に保たれて、図示せぬＬＮＡ（低雑音増幅回路）に接続されている。
【００１３】
パッチアンテナ１の寸法について述べると、誘電体基板２の天面および底面は一辺の長さが４５ｍｍの正方形であり、誘電体基板２の板厚は３ｍｍである。また、各切欠き部４はすべて同形状で、長辺が２０ｍｍ、短辺が８ｍｍの長方形状に形成されている。
【００１４】
このように構成されたパッチアンテナ１は、放射電極３の一対の対角線の長さが所定量異なるように縮退分離素子３ａを装荷して、給電時に一方の対角線に沿うモードと他方の対角線に沿うモードとに９０度の位相差が生じるように設計されているため、円偏波アンテナとして動作する。また、給電時には各モードに対応する誘導電流がグラウンド電極５に生起されるが、このうち放射電極３の対角線に沿う経路でグラウンド電極５の中央部を横切る主たる誘導電流は、隣接する切欠き部４どうしの間隔が過度に狭くならないような寸法に設定してあるため、該誘導電流の流れが該切欠き部４に妨げられることはなく、それゆえ放射電極３の励振が損なわれる心配はない。これに対して、グラウンド電極５の外周縁部を流れる誘導電流は、切欠き部４に沿った経路で流れることになるため経路長が著しく長くなる。その結果、図５に示すように、グラウンド電極５の誘導電流によって下方へ放射される左旋円偏波（放射パターンＬ）の利得が大幅に低減し、その分、放射電極３から天頂方向へ放射される右旋円偏波（放射パターンＲ）の利得が大幅に増加する。
【００１５】
なお、図６は比較例として、切欠き部４が形成されておらずグラウンド電極５が正方形状の場合の放射パターンを示している。この場合はグラウンド電極５が放射電極３とほぼ同形状なため、グラウンド電極５から下方へ放射される左旋円偏波（放射パターンＬ）の利得と、放射電極３から天頂方向へ放射される右旋円偏波（放射パターンＲ）の利得とが同程度になってしまい、天頂方向に所望の利得を得ることができない。
【００１６】
上述したように、本実施形態例に係るパッチアンテナ１においては、グラウンド電極５が放射電極３に比べて大きく形成されていないにも拘らず、切欠き部４によって下方への放射を抑制する構成にしてあるため、天頂方向の利得が高い放射パターンを得ることができる。したがって、このパッチアンテナ１は、誘電体基板２が放射電極３と同程度にまで小型化してあっても、ＧＰＳ衛星からの円偏波を確実に受信することができる。
【００１７】
なお、グラウンド電極５に切欠き部４を設けることによって天頂方向の利得を向上させるためには、誘電体基板２の板厚を所定寸法以下に設定しておくことが好ましい。具体的には、受信周波数の空気中での波長をλ、誘電体基板２の比誘電率をεとしたとき、誘電体基板２の板厚ｔを、ｔ≦０．０５λ／√εを満たす値に設定しておくことが好ましい。
【００１８】
また、本実施形態例では、放射電極が略正方形状で１点給電方式の円偏波アンテナについて例示しているが、放射電極が略円形等の他の形状である円偏波アンテナや、２点給電方式の円偏波アンテナ、あるいは直線偏波アンテナの場合でも、グラウンド電極の外周縁部に凹状の切欠き部を設けることによってほぼ同様の効果が期待できる。ただし、切欠き部が放射電極からの放射に悪影響を及ぼさないようにするため、グラウンド電極の中心に対して略点対称な複数箇所に切欠き部を形成しておくことが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態例に係るパッチアンテナの平面図である。
【図２】該パッチアンテナの底面図である。
【図３】該パッチアンテナの斜視図である。
【図４】該パッチアンテナの断面図である。
【図５】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６】比較例の放射パターンを示す特性図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  パッチアンテナ
２  誘電体基板
３  放射電極
３ａ  縮退分離素子
４  切欠き部
５  グラウンド電極
６  給電ピン
【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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