(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の送受信周波数帯に互いに異なる共振周波数を有し、独立した給電点をそれぞれが有する複数のパッチアンテナ素子を、絶縁板上にアレー状に配置し、
前記各パッチアンテナ素子は、これらが送受信しようとする電波のＥ面に沿って逆Ｖ字状に折り曲げられ、その頂点が前記絶縁板から離れ、両端が前記絶縁板上に接している折り曲げパッチアンテナ素子であり、これらパッチアンテナ素子は、前記送受信周波数帯の中心波長の１／２以上の間隔を隔てて配置され、前記各給電点が同相合成されているパッチアンテナ。
【請求項２】
請求項１記載のパッチアンテナにおいて、前記各折り曲げパッチアンテナ素子を内部に収容し、前記Ｅ面が水平または垂直面にほぼ位置するように取り付け可能なケースを有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、複数のパッチアンテナ素子を有するパッチアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、パッチアンテナは、小型のアンテナを得る場合に主に使用されている。パッチアンテナは、一方の面全域に地導体を設けた基板の他面に、パッチアンテナ素子を配置したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このパッチアンテナでは、その使用周波数帯域が狭い傾向がある。そのため、例えばテレビジョン放送の受信用アンテナのように、比較的広帯域であることが望ましいアンテナとしては使用されていない。テレビジョン放送の受信用アンテナとしては、多数の導波器を設けた八木形アンテナを使用することが多く、大型になっていた。
【０００４】
本発明は、小型であり、かつ広帯域のパッチアンテナを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によるパッチアンテナでは、同一の送受信周波数帯に互いに異なる共振周波数を有し、独立した給電点をそれぞれが有する複数のパッチアンテナ素子が、絶縁板上にアレー状に配置されている。各パッチアンテナ素子は、各給電点に同相給電されている。このパッチアンテナは送信用及び受信用いずれでも使用できる。送受信周波数帯としては、種々の周波数帯が考えられるが、例えばＵＨＦ帯やＶＨＦ帯或いは、これらよりもさらに高い周波数であるＧＨｚ帯でも使用することができる。使用するパッチアンテナ素子の数は、２個以上であればよい。これらパッチアンテナ素子の共振周波数は、同一周波数帯における離れた周波数とすることが望ましい。
【０００６】
このパッチアンテナでは、送受信しようとしている周波数帯内に、各パッチアンテナ素子の共振周波数を配置しているので、このパッチアンテナの総合周波数特性は広帯域のものとでき、１台のパッチアンテナでありながら、広帯域のアンテナとすることができる。
【０００７】
前記各パッチアンテナ素子は、これらが送受信しようとする電波のＥ面に沿って逆Ｖ字状に折り曲げられ、その頂点が絶縁板から離れ、両端が絶縁板上に接している折り曲げパッチアンテナ素子である。各パッチアンテナ素子は、前記送受信周波数帯の中心波長の１／２以上の間隔を隔てて配置されている。この折り曲げアンテナは、比較的広帯域であるので、この広帯域の折り曲げパッチアンテナ素子の共振周波数を同一の送受信周波数帯内において異ならせると、総合周波数特性が更に広帯域であるパッチアンテナとなる。
【０００８】
この折り曲げパッチアンテナ素子を用いたパッチアンテナでは、各折り曲げパッチアンテナ素子を内部に収容し、前記Ｅ面が水平または垂直面にほぼ位置するように取り付け可能なケースを設けることもできる。
【０００９】
このように構成すると、垂直偏波及び水平偏波のうち所望の偏波の電波を受信することができるし、また外観の見栄えが良好になる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態によるパッチアンテナ１は、例えばＵＨＦ帯（具体的には４７０ＭＨｚ乃至８００ＭＨｚ）のテレビジョン放送を受信するための平面型のアンテナである。このパッチアンテナ１は、図１（ａ）乃至（ｃ）に示すように、絶縁体、例えば発泡体２を有している。この発泡体２の一方の面、例えば裏面全域には、地導体４が形成されている。この発泡体２の他方の面に、複数のパッチアンテナ素子、例えば３つの折り曲げパッチアンテナ素子６、８、１０が設けられている。
【００１１】
これら折り曲げパッチアンテナ素子６、８、１０は、図１（ａ）に示すように、それぞれ矩形に形成されたパッチアンテナ素子をそのほぼ中央付近で折り曲げたものである。これら折り曲げパッチアンテナ素子６、８、１０は、図１（ａ）に示すように、折り曲げによって形成された頂きが、受信しようとするＵＨＦ帯のテレビジョン放送電波のＥ面とほぼ直交するように、Ｅ面方向に沿って折り曲げられている。
【００１２】
折り曲げパッチアンテナ素子６は、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、長さｄ１が１４５ｍｍで、幅Ｗ１が２２０ｍｍで、高さｈ１が７２ｍｍで、斜辺Ｌ１が１００ｍｍに形成され、図２（ａ）の利得対周波数特性で利得が最も大きい周波数が約５６０ＭＨｚ付近にあるように形成されている。即ち、共振周波数が約５６０ＭＨｚに形成されている。
【００１３】
折り曲げパッチアンテナ素子８は、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、長さｄ２が１２０ｍｍで、幅Ｗ２が１９５ｍｍで、高さｈ２が６７ｍｍで、斜辺Ｌ２が９０ｍｍに形成され、図２（ｂ）の利得対周波数特性で利得が最も大きい周波数が、約６２０ＭＨｚ付近にあるように形成されている。即ち、共振周波数が約６２０ＭＨｚに形成されている。
【００１４】
折り曲げパッチアンテナ素子１０は、図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、長さｄ３が１１０ｍｍで、幅Ｗ３が１８２ｍｍで、高さｈ３が６１ｍｍで、斜辺Ｌ３が８２ｍｍに形成され、図２（ｃ）の利得対周波数特性で最も利得が大きい周波数が約６８０ＭＨｚ付近にあるように形成されている。即ち、共振周波数が約６８０ＭＨｚに形成されている。
【００１５】
このように折り曲げパッチアンテナ素子６、８、１０は、受信周波数帯４７０乃至８００ＭＨｚ内のそれぞれ異なる３つの比較的離れた周波数（例えば約６０ＭＨｚ間隔）に共振周波数が選択されている。なお、図２（ａ）乃至（ｃ）から明らかなように、各折り曲げパッチアンテナ素子６、８、１０は、それぞれ単独でも比較的広帯域において利得の低下が少ない広帯域アンテナである。
【００１６】
これら折り曲げパッチアンテナ素子６、８、１０は、図１（ｂ）に示すように、それぞれ一方の斜辺の下端部に連ねて形成された幅ｄ（＝２０ｍｍ）の給電部１２を有している。それらの中央に形成した給電点１２ａから、各折り曲げパッチアンテナ素子６、８、１０は、給電されている。なお、各給電点１２ａには同一長さの同軸ケーブルを用いて、給電が行われている。即ち、同相給電が行われている。無論、他の方法、例えば位相器を用いて同相給電を行ってもよい。
【００１７】
これら折り曲げパッチアンテナ素子６、８、１０は、図１（ｂ）に示すように、受信周波数帯の中心波長λの１／２以上の間隔、例えばＤ３、Ｄ２を隔てて、発泡体２上に一列に配置されている。即ち、アレー状に折り曲げパッチアンテナ素子６、８、１０は配置されている。
【００１８】
図３は、このパッチアンテナ１と、８素子八木型アンテナ低周波用と、同高周波用との利得対周波数特性を示したものである。図３から明らかなように、このパッチアンテナ１では、約５００ＭＨｚ乃至６８０ＭＨｚの間で約８ｄＢよりも高くて、かつほぼ一定の利得が得られている。６８０ＭＨｚよりも高い周波数では、最低でも５ｄＢ程度の利得が得られている。従って、このパッチアンテナ１は、高利得のアンテナである。無論、共振周波数が例えば７４０ＭＨｚ付近の折り曲げパッチアンテナ素子を追加すれば、６８０ＭＨｚよりも高い周波数においても、８ｄＢ近辺の利得が得られる。一方、８素子八木型アンテナ低周波用では、６８０ＭＨｚよりも低い周波数では、右肩上がりの周波数特性であり、ほぼ一定の利得であるのは約５７０ＭＨｚから約６２０ＭＨｚのわずかな範囲だけであり、しかもその値は、このパッチアンテナ１の約５７０ＭＨｚから約６２０ＭＨｚの範囲の利得よりも小さい。８素子八木型アンテナ高周波用でも右肩上がりの周波数特性であり、ほぼ一定の利得を維持する周波数帯域は存在していない。しかも、８ｄＢを超える利得は、６８０ＭＨｚよりも高い周波数になって初めて得られる。図３から、このパッチアンテナ１が、８素子八木型アンテナ低周波用及び同高周波用と比較して、広帯域のＵＨＦ帯の受信アンテナとして使用できることが理解できる。
【００１９】
図４は、このパッチアンテナ１、このパッチアンテナ１を構成している各パッチアンテナ素子６、８、１０の反射損対周波数特性を示したものである。各パッチアンテナ素子６，８、１０の反射損対周波数特性よりも、これらを合成したものであるパッチアンテナ１の反射損対周波数特性の方が広がっており、その結果、安定した特性である周波数帯域が得られ、広帯域なアンテナであることが理解できる。
【００２０】
このように、このパッチアンテナ１では、同一の周波数帯内において共振周波数を異ならせた複数の折り曲げパッチアンテナ素子６、８、１０を合成しているので、広帯域となっている。しかも、各パッチアンテナ素子６、８、１０は、折り曲げられているので、その平面面積が小さくなり、設置スペースが小さく、より小型化することができる。
【００２１】
このパッチアンテナ１は、例えば図５に示すように、各折り曲げパッチアンテナ素子６、８、１０が、ケース１２内に、それの長さ方向に沿って収容されるように配置されている。ケース１２内に配置されたパッチアンテナ１は、図６に符号１２ａ、１２ｂで示すように、家屋の屋根またはベランダ等に取り付けられる。この場合、水平偏波を受信する場合、符号１２ａで示すように縦置きの状態で、即ち図１（ａ）に示すＥ面が水平になるように配置される。垂直偏波を受信する場合、符号１２ｂで示すように横置きの状態で、即ち図１（ａ）に示すＥ面が垂直になるように配置される。このようにケース１２内に収容されているので、設置が容易であり、かつ美観上も好ましい。
【００２２】
第２の実施形態のパッチアンテナ１ａを図７に示す。第１の実施形態のパッチアンテナ１では、各折り曲げパッチアンテナ素子６、８、１０が一列に配置されていたが、第２の実施形態のパッチアンテナ１ａでは、複数、例えば４つの折り曲げパッチアンテナ素子１４、１６、１８、２０が、複数列、例えば２列に配置されている。これら折り曲げパッチアンテナ素子１４、１６、１８、２０も、それらの頂きが、受信しようとする電波のＥ面とほぼ直交するようにＥ面に沿って折り曲げられている。各折り曲げパッチアンテナ素子１４、１６、１８、２０の共振周波数は、ＵＨＦ帯の受信周波数帯内にそれぞれ離れて存在するように、その各部の寸法が選択されている。このパッチアンテナ１ａも、図示しないケース内に収容されて、屋根やベランダ等に配置される。この場合、今、図７において、Ｅ面が各折り曲げパッチアンテナ素子１４、１６、１８、２０の頂きに直交するように、即ち水平面内にＥ面が位置すると、水平偏波を受信することができる。垂直偏波を受信する場合には、図７に示す状態から９０度回転させればよい。
【００２３】
第１の実施形態では３個の折り曲げパッチアンテナ素子を使用し、第２の実施形態では４個の折り曲げパッチアンテナ素子を使用したが、これに限ったものではなく、より多くの数の折り曲げパッチアンテナ素子を一列または複数列に配置することができる。この場合、各折り曲げパッチアンテナ素子の共振周波数は、異なっていることが望ましいが、例えば利得を大きくするために同一共振周波数の折り曲げパッチアンテナ素子が、一部含まれていてもよい。第１の実施形態では、各折り曲げパッチアンテナ素子６、８、１０の共振周波数は、約６０ＭＨｚずつ異なったものとしたが、必ずしもこれに限ったものではなく、余り共振周波数が離れた折り曲げパッチアンテナ素子を合成したときには帯域全体の利得が低下するので、このような利得の低下が生じないような程度、例えば４０ＭＨｚ乃至８０ＭＨｚ程度離して、共振周波数を設定すればよい。さらに、第１及び第２の実施携帯では、折り曲げパッチアンテナ素子を用いたが、これらに代えて、平面型のパッチアンテナ素子を用いてもよい。但し、各平面型のパッチアンテナ素子の共振周波数は、異なったものとする。また、上記の第１及び第２の実施形態では、受信周波数帯をＵＨＦ帯としたが、これに限ったものではなく、例えばＶＨＦ帯やＳＨＦ帯とすることもできる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、各パッチアンテナ素子の共振周波数を異ならせたものとしているので、広帯域のパッチアンテナを得ることができる。特に、パッチアンテナ素子を折り曲げパッチアンテナ素子としているので、更に広帯域のパッチアンテナを得ることができる上に、小型化することができる。このような折り曲げパッチアンテナ素子を備えるパッチアンテナを、ケースに収容しているので、水平偏波及び垂直偏波のいずれでも選択して受信することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態のパッチアンテナの斜視図、平面図及び側面図である。
【図２】図１のパッチアンテナが有する３つの折り曲げパッチアンテナ素子の利得対周波数特性図である。
【図３】図１のパッチアンテナ、８素子八木型アンテナ低周波用及び同高周波用の利得対周波数特性図である。
【図４】図１のパッチアンテナ、このパッチアンテナ１を構成している各パッチアンテナ素子の反射損対周波数特性図である。
【図５】図１のパッチアンテナをケースに収容した状態の斜視図である。
【図６】このケースに収容した状態での取り付け状態を示す図である。
【図７】第２の実施形態のパッチアンテナの平面図である。
【符号の説明】
１  パッチアンテナ
６  ８  １０  折り曲げパッチアンテナ素子
【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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【図７】
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