(57)【要約】【課題】入力インピーダンス特性に係る周波数帯域の広帯域化と、パッチから放射される電波の指向性の向上とを共に実現するパッチアンテナを提供する。【解決手段】パッチ１４の中央部には、有底状の給電部１６が地導体板１２に向かって膨出形成され、この給電部１６の側部からパッチ１４の外周側に離間した箇所には、該パッチ１４と地導体板１２とを電気的に接続する複数のショートピン２０が給電部１６を中心として所定角度間隔で設けられている。この場合、各ショートピン２０の一端部は、給電部１６の底部２４よりも地導体板１２側に延在し且つ半田２２により地導体板１２と電気的に接続されている。一方、給電部１６の底部２４は、半田３０により同軸ケーブル２６の内部導体２８と電気的に接続されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地導体板と、該地導体板から離間して配置されたパッチとを備え、前記地導体板と前記パッチとを複数のショートピンにより電気的に接続したパッチアンテナにおいて、
前記パッチの中央部には、前記地導体板に対向して導電性の有底状円筒又は導電性の円柱から構成される給電部が設けられ、
前記給電部の前記地導体板側の底部は、給電線と電気的に接続され、
前記各ショートピンは、前記給電部から前記パッチの外周側に離間して設けられている
ことを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項２】
請求項１記載のパッチアンテナにおいて、
前記給電線は、前記地導体板を貫通し且つ外部導体が前記地導体板と電気的に接続された同軸ケーブルの内部導体である
ことを特徴とするパッチアンテナ。
【請求項３】
請求項１又は２記載のパッチアンテナを、無線通信機器の不感地帯における中継用アンテナとして適用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、地導体板とパッチとを有するパッチアンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、地導体板から離間して円形状のパッチを配置し、このパッチにより電波の送受信を行うパッチアンテナに関する技術が開示されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
この場合、前記パッチの中央部は給電線と電気的に接続されると共に、前記給電線から前記パッチの外周側に離間し且つ前記中央部に対して所定角度間隔で、前記パッチと前記地導体板とを電気的に接続する複数のショートピンが設けられている。ここで、前記給電線を介して前記パッチに給電すると、前記パッチから電波が放射される。
【０００４】
【非特許文献１】金田久美子、他３名、「軸対称モード円環パッチアンテナとその給電法」、電子情報通信学会技術報告、ＡＰ８７−５３、ｐｐ．１−４、１９８７年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、前述した従来技術に係るパッチアンテナをさらに改良したものであり、パッチアンテナの入力インピーダンス特性に係る周波数帯域の広帯域化と、パッチから放射される電波の指向性の向上とを共に実現するパッチアンテナを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るパッチアンテナは、地導体板と、該地導体板から離間して配置されたパッチとを備え、前記地導体板と前記パッチとを複数のショートピンにより電気的に接続したパッチアンテナにおいて、前記パッチの中央部には、前記地導体板に対向して導電性の有底状円筒又は導電性の円柱から構成される給電部が設けられ、前記給電部の前記地導体板側の底部は、給電線と電気的に接続され、前記各ショートピンは、前記給電部から前記パッチの外周側に離間して設けられていることを特徴とする。
【０００７】
上記の構成によれば、前記給電部を設けることにより、従来技術に係るパッチアンテナと比較して、パッチアンテナの入力インピーダンス特性（反射係数Ｓ１１）に係る周波数帯域の広帯域化が可能となる。また、前記各ショートピンの長さを調整することにより、前記周波数帯域のさらなる広帯域化を実現することができる。
【０００８】
また、前記給電部が前記パッチの中央部に設けられているので、前記パッチから電波を均一に放射することが可能になり、前記電波の指向性が前記パッチの中央部に対して軸対称となる。この結果、従来技術に係るパッチアンテナと比較して、前記指向性をより一層向上させることができる。従って、本発明に係るパッチアンテナは、無線通信機器用のアンテナとして好適である。
【０００９】
この場合、前記給電線は、前記地導体板を貫通し且つ外部導体が前記地導体板と電気的に接続された同軸ケーブルの内部導体であることが好ましい。これにより、前記内部導体を介して前記給電部に効率よく給電することができる。
【００１０】
上記のパッチアンテナは、ＵＨＦ帯からＳＨＦ帯までのアンテナとして適用され、さらに、無線通信機器の不感地帯における中継用アンテナとして適用されることが好ましい。
【００１１】
また、前記各ショートピンの先端部は、前記給電部の底部よりも前記地導体板側に延在し、前記各ショートピンと前記地導体板とは、半田付け又はねじ止めにより電気的に接続されることが好ましい。これにより、前記地導体板から前記給電部を確実に離間させ、前記給電線を介して前記給電部に給電することが可能となる。さらに、前記地導体板から前記各ショートピンを介して前記パッチを前記地導体板の上方で支持することができる。
【００１２】
さらにまた、前記給電部の底部は、半田付け、ねじ止め又はコネクタにより前記給電線と電気的に接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、給電部を設けることにより、従来技術に係るパッチアンテナと比較して、パッチアンテナの入力インピーダンス特性に係る周波数帯域の広帯域化が可能となる。また、複数のショートピンの長さを調整することにより、前記周波数帯域のさらなる広帯域化を実現することができる。
【００１４】
また、前記給電部がパッチの中央部に設けられているので、前記パッチから電波を均一に放射することが可能になり、前記電波の指向性が前記パッチの中央部に対して軸対称となる。この結果、従来技術に係るパッチアンテナと比較して、前記指向性をより一層向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明に係るパッチアンテナについて、好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下に説明する。
【００１６】
図１は、本実施形態に係るパッチアンテナ１０の斜視図であり、図２は、図１のパッチアンテナ１０の正面図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【００１７】
パッチアンテナ１０は、図１〜図３に示すように、略円盤状の接地導体板としての地導体板１２と、この地導体板１２よりも小径の略円盤状のパッチ１４とが略同軸に配置されたアンテナであり、ＵＨＦ帯からＳＨＦ帯までの周波数（３００［ＭＨｚ］〜３０［ＧＨｚ］）で使用される無線通信機器の不感地帯における中継用アンテナとして用いられる。
【００１８】
この場合、地導体板１２及びパッチ１４は、例えば、銅製の円盤又は表面が銀メッキされたアルミニウム製の円盤から構成されている。なお、地導体板１２は、前述の接地導体板の代わりに、絶縁体から構成される回路基板の表面に銅箔又は銀箔を形成したものを用いてもよい。
【００１９】
パッチ１４の中央部には、給電部１６が地導体板１２に向かって膨出形成され、この給電部１６の側部からパッチ１４の外周側に離間した箇所には、該パッチ１４と地導体板１２とを電気的に接続する複数のショートピン２０が給電部１６を中心として所定角度間隔（図１及び図２では９０°間隔）で設けられている。
【００２０】
給電部１６は、絞り加工により地導体板１２側に膨出形成され、図３に示すように、地導体板１２側を底部２４とし、一方で、パッチ１４側を開口とする有底状の形状を有している。
【００２１】
複数のショートピン２０は、銅製の円柱又は表面が銀メッキされたアルミニウム製の円柱から構成され、その一端部（先端部）は、半田２２により地導体板１２と電気的に接続され、他端部は、半田１８によりパッチ１４と電気的に接続されている。この結果、パッチ１４は、ショートピン２０を介して地導体板１２と電気的に接続されている。
【００２２】
さらに、各ショートピン２０の一端部は、図３に示すように、給電部１６の底部２４よりも地導体板１２側に延在しているので、ショートピン２０の一端部が半田２２により地導体板１２と電気的に接続され且つ他端部が半田１８によりパッチ１４と電気的に接続された際に、給電部１６と地導体板１２とが接触することはない。
【００２３】
また、地導体板１２の中央部には、例えば、セミリジッド型の同軸ケーブル２６が貫通し、その内部導体（給電線）２８は、給電部１６の底部２４を貫通し且つ半田３０により該底部２４と電気的に接続されている。この場合、内部導体２８を被覆する内部絶縁体３２により該内部導体２８と地導体板１２とが電気的に絶縁され、内部絶縁体３２を被覆する外部導体３４は、半田３６により地導体板１２と電気的に接続されている。さらに、外部導体３４の外周面は、外部絶縁体３８で被覆されている。さらにまた、地導体板１２は、外部導体３４を介して接地されている。
【００２４】
ここで、図示しない給電回路から内部導体２８を介して給電部１６に給電すると、該給電部１６を中心として軸対称の電波がパッチ１４から放射される。
【００２５】
なお、上記のパッチアンテナ１０（図１〜図３参照）において、半田３０による底部２４と内部導体２８との電気的接続の代わりに、コネクタ又はねじ止めにより底部２４と内部導体２８とを電気的に接続することも可能である。また、半田２２による地導体板１２とショートピン２０との電気的接続の代わりに、ショートピン２０の一端部（先端部）を地導体板１２の上面と重なり合うように折り曲げ、ねじ止めにより地導体板１２とショートピン２０とを電気的に接続することも可能である。さらに、給電部１６についても、図１〜図３に示す有底状の円筒に代えて、導電性の円柱で構成してもよい。
【００２６】
さらに、上記のパッチアンテナ１０では、給電部１６をパッチ１４と一体的に形成し、パッチ１４と各ショートピン２０とを別体としているが、この構成に代えて、（１）給電部１６及び各ショートピン２０をパッチ１４と一体的に形成する構成、（２）各ショートピン２０をパッチ１４と一体的に形成し、導電性の有底筒状又は導電性の円柱状の給電部１６の上部とパッチ１４の中央部とを半田付け又はねじ止めにより電気的に接続する構成、（３）各ショートピン２０の上部とパッチ１４の外周側とを半田付け又はねじ止めにより電気的に接続し、且つ導電性の有底筒状又は導電性の円柱状の給電部１６の上部とパッチ１４の中央部とを半田付け又はねじ止めにより電気的に接続する構成を採用することも可能である。
【００２７】
本実施形態に係るパッチアンテナ１０の構成は、上述した通りであり、次に、このパッチアンテナ１０の効果について、図１〜図５を参照しながら説明する。
【００２８】
図４は、従来技術に係るパッチアンテナ４０を示す斜視図であり、図５は、パッチアンテナ１０、４０の入力インピーダンス特性（反射係数Ｓ１１）を示すグラフである。なお、パッチアンテナ４０において、パッチアンテナ１０と同じ構成要素については、同一の参照符号を付けて、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
図４に示すパッチアンテナ４０は、給電部１６（図１〜図３参照）が設けられておらず、同軸ケーブル２６の内部導体２８がパッチ１４の中心と電気的に直接接続されている点で、本実施形態に係るパッチアンテナ１０とは異なる。
【００３０】
図５において、パッチアンテナ４０の反射係数Ｓ１１（比較例）は、周波数が２．０［ＧＨｚ］近傍で、中継用アンテナとして実用可能な−１４［ｄＢ］のライン（図４の直線状の点線）以下となっている。これに対して、本実施形態に係るパッチアンテナ１０の反射係数Ｓ１１（実施例）は、周波数が１．９［ＧＨｚ］〜２．３［ＧＨｚ］の範囲内で、前述した−１４［ｄＢ］のライン以下となっている。従って、パッチアンテナ１０の周波数帯域は、パッチアンテナ４０の周波数帯域と比較して広帯域化されていることが容易に諒解される。
【００３１】
このように、本実施形態に係るパッチアンテナ１０によれば、給電部１６を設けることにより、従来技術に係るパッチアンテナ４０と比較して、パッチアンテナ１０の入力インピーダンス特性（反射係数Ｓ１１）に係る周波数帯域の広帯域化が可能となる。また、各ショートピン２０の長さを調整することにより、前記周波数帯域のさらなる広帯域化を実現することができる。
【００３２】
また、給電部１６がパッチ１４の中央部に設けられているので、パッチ１４から電波を均一に放射することが可能になり、前記電波の指向性がパッチ１４の中央部に対して軸対称となる。この結果、従来技術に係るパッチアンテナ４０と比較して、前記指向性をより一層向上させることができる。従って、本実施形態に係るパッチアンテナ１０は、無線通信機器用のアンテナ、特に、ＵＨＦ帯からＳＨＦ帯までの周波数で使用される無線通信機器の不感地帯における中継用アンテナとして好適である。
【００３３】
この場合、同軸ケーブル２６の内部絶縁体３２が地導体板１２の略中心を貫通し且つ内部導体２８が給電部１６の底部２４と電気的に接続されているので、内部導体２８を介して給電部１６に効率よく給電することができる。
【００３４】
さらに、各ショートピン２０の一端部を給電部１６の底部２４よりも地導体板１２側に延在し、各ショートピン２０と地導体板１２とを半田付け又はねじ止めにより電気的に接続することにより、地導体板１２から給電部１６を確実に離間させ、同軸ケーブル２６の内部導体２８を介して給電部１６に給電することが可能となる。また、地導体板１２から各ショートピン２０を介してパッチ１４を地導体板１２の上方で支持することができる。
【００３５】
上記したパッチアンテナ１０は、図１〜図３に示すように、パッチ１４とショートピン２０とが別体であったが、図６に示すように、パッチ１４の一部を地導体板１２側に折り曲げてショートピン２０を構成すれば、パッチアンテナ１０の製造時における部品点数が削減され、当該パッチアンテナ１０を効率よく製造することができる。
【００３６】
なお、本発明に係るパッチアンテナは、上述の実施形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本実施形態に係るパッチアンテナの斜視図である。
【図２】図１のパッチアンテナの正面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。
【図４】従来技術に係るパッチアンテナの斜視図である。
【図５】図１〜図４のパッチアンテナの入力インピーダンス特性のグラフである。
【図６】本実施形態に係るパッチアンテナの他の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１０…パッチアンテナ                    １２…地導体板
１４…パッチ                            １６…給電部
１８、２２、３０、３６…半田            ２０…ショートピン
２４…底部                              ２６…同軸ケーブル
２８…内部導体                          ３２…内部絶縁体
３４…外部導体                          ３８…外部絶縁体
【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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【図６】
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