(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アース板と、
このアース板の一方の面に対して垂直であって、送受信しようとする電波のＥ面が存在する面内において、前記アース板の一方の面側に折り曲げられ、かつ所定の位置に給電点を有し、前記アース板の一方の面から離れて位置するパッチアンテナ素子と、
このパッチアンテナ素子と間隔をおいてかつ前記アース板の一方の面から前記パッチアンテナ素子より離れて位置し、前記パッチアンテナ素子の折り曲げられた下端側に対応する位置に、前記アース板の一方の面側に折曲げる折り曲げ部を有する無給電パッチアンテナ素子とを、
具備し、前記パッチアンテナ素子と前記無給電パッチアンテナ素子とは、前記アース板の一方の面に平行な面から見て一部が非重複に配置されているパッチアンテナ。
【請求項２】
アース板と、
このアース板の一方の面に対して垂直であって、送受信しようとする電波のＥ面が存在する面内において、前記アース板の一方の面側に折り曲げられ、かつ給電点を有し、前記アース板の一方の面から離れて位置するパッチアンテナ素子と、
このパッチアンテナ素子と間隔をおいてかつ前記アース板の一方の面から前記パッチアンテナ素子より離れて位置し、前記パッチアンテナ素子の折り曲げ部に対応する位置で同じ方向に折り曲げられている無給電パッチアンテナ素子とを、
具備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、パッチアンテナに関し、特に複数のパッチアンテナ素子を有するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＶＨＦ帯やＵＨＦ帯のアンテナとしては、八木型アンテナを使用することが多い。八木形アンテナは、アーム上に、その長さ方向に沿って放射器や、導波器や反射器を配置したものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような八木形アンテナでは、導波器、放射器及び反射器を使用しているので、そのサイズが大型で、設置した場合に多くのスペースが必要である。しかも、この八木形アンテナでは、指向特性が狭く、例えばＵＨＦ帯のように広帯域の周波数帯域の電波を１台のアンテナで送受信することは、かなり困難を伴う。
【０００４】
本発明は、小型で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】
本発明の一態様によるパッチアンテナは、アース板と、このアース板の一方の面に対して垂直であって、送受信しようとする電波のＥ面が存在する面内において、前記アース板の一方の面側に折り曲げられ、かつ所定の位置に給電点を有し、前記アース板の一方の面から離れて位置するパッチアンテナ素子と、このパッチアンテナ素子と間隔をおいてかつ前記アース板の一方の面から前記パッチアンテナ素子より離れて位置し、前記パッチアンテナ素子の折り曲げられた下端側に対応する位置に、前記アース板の一方の面側に折曲げる折り曲げ部を有する無給電パッチアンテナ素子とを、具備し、前記パッチアンテナ素子と前記無給電パッチアンテナ素子とは、前記アース板の一方の面に平行な面から見て一部が非重複に配置されている。
【０００６】
本発明の他の態様によるパッチアンテナは、アース板と、このアース板の一方の面に対して垂直であって、送受信しようとする電波のＥ面が存在する面内において、前記アース板の一方の面側に折り曲げられ、かつ給電点を有し、前記アース板の一方の面から離れて位置するパッチアンテナ素子と、このパッチアンテナ素子と間隔をおいてかつ前記アース板の一方の面から前記パッチアンテナ素子より離れて位置し、前記パッチアンテナ素子の折り曲げ部に対応する位置で同じ方向に折り曲げられている無給電パッチアンテナ素子とを、具備している。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施形態のパッチアンテナ２は、例えばＵＨＦ帯のテレビジョン放送を受信するためのものである。このパッチアンテナ２は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば１辺の長さが約３０ｃｍの正方形状のアース板４を有している。このアース板４の一方の面の上方に、複数、例えば２つのパッチアンテナ素子６、８が配置されている。
【００１０】
パッチアンテナ素子６は、上述したＵＨＦ帯の約５３０ＭＨｚを中心周波数としており、その波長をλ１（約５６．６ｃｍ）とすると、一辺の長さが約２２ｃｍ（約０．３９λ１）で他方の辺の長さが約２１．５ｃｍ（約０．３８λ１）の導電金属を折り曲げて形成したものである。この長さは中心波長の約０．４λ１である。この折り曲げは、２１．５ｃｍの辺側で行われており、その全長が約２０ｃｍ（約０．３５λ１）となるように行われている。即ち、図１（ｂ）に示すようにアース板４から約１ｃｍ（約０．０１７λ１）の高さ位置から水平に約２ｃｍ（約０．０３４λ１）の給電部６ａが形成され、次に水平方向に約２ｃｍ（約０．０３４λ１）にわたって長さ約３ｃｍ（約０．０５３λ１）で給電部６ａからの高さが約３ｃｍ（約０．０５３λ１）の上昇部６ｂが形成され、この上昇部６ｂの先端から水平方向に約１６ｃｍ（約０．２８λ１）にわたって長さが約１６．５ｃｍ（約０．２９λ１）の下降部６ｃが給電部分６ａの高さまで形成されている。このパッチアンテナ素子６は、給電部６ａに取り付けた給電端子１０によってアース板４から約１ｃｍ（約０．０１７λ１）の高さの位置に取り付けられている。なお、給電端子１０によって、給電部６ａの２２ｃｍの辺方向の中央で給電部６ａの左端から約１．５ｃｍだけ上昇部６ｂに向かった位置で給電が行われている。
【００１１】
なお、このパッチアンテナ素子６によって送受信しようとする電波のＥ面（電界面）が、アース板４に垂直でかつ、上昇部６ｂ及び下降部６ｃがこのＥ面内に存在する。即ち上昇部６ｂと下降部６ｃとからなる折り曲げ部分は、Ｅ面内において折り曲げられている。
【００１２】
パッチアンテナ８は、パッチアンテナ素子６の上方に配置されている。パッチアンテナ素子８は、上述したＵＨＦ帯の約５９０ＭＨｚを中心周波数としており、その波長をλ２とすると、一辺の長さが２２．０ｃｍ（約０．４４λ２）で、他方の辺が２１．０ｃｍ（約０．４２λ２）の導電金属を折り曲げて形成したものである。パッチアンテナ素子８は、２２．０ｃｍの辺が、パッチアンテナ素子６の２２．０ｃｍの辺と重なるように配置されている。また、２１．０ｃｍの辺側が折り曲げられている。パッチアンテナ素子８は、水平部８ａを有している。水平部８ａは、パッチアンテナ素子６の上昇部６ｂと下降部６ｃとの接合部、即ち頂部の上方に、アース板２から５．７ｃｍ（約０．１１λ２）の高さ（パッチアンテナ素子６の水平部６ａから４．７ｃｍ（０．０９４λ２＝約０．０８３λ１）に基端があり、ここから１６．０ｃｍ（０．３２λ２）水平に進行した位置でアース板２から約５．５ｃｍの（約０．１１λ２）高さ（パッチアンテナ素子６の下降部６ｃの下端から約４．５ｃｍ（約０．０９λ２＝約０．０７９λ１）に先端がある。この水平部８ａの先端部から水平方向に０．５ｃｍ（約０．０１λ２）にわたって長さが３ｃｍ（約０．０６λ２）の下降部８ｂが形成されている。この下降部８ｂの先端から約２．０ｃｍ（０．０４λ２）の長さにわたって水平に水平部８ｃが形成されている。このパッチアンテナ素子８は、無給電素子として使用されている。また、図示していないが、適当なスペーサによってアース板２に取り付けられている。パッチアンテナ素子６、８の間隔は、最も離れている位置間で約０．１λ２（＝約０．０８λ１）である。
【００１３】
アンテナパッチ素子８は、アンテナパッチ素子６よりも一方の辺の長さが短く、パッチアンテナ素子６の共振周波数よりも僅かに高い周波数（約６０ＭＨｚ）上側に共振するように構成されている。また、その水平方向の位置は、パッチアンテナ素子６よりも一部ずれており、パッチアンテナ素子６の給電部６ａから約４．０ｃｍ（０．０８λ２＝約０．０７λ１）だけ給電部６ａと反対方向にずれている。
【００１４】
このパッチアンテナ２の反射損対周波数特性を図２に示す。また、図３に、このパッチアンテナ２の利得対周波数特性を示す。図３から明らかなように４７０ＭＨｚから６２０ＭＨｚ付近まで３．５ｄＢ以上の利得があり、広帯域アンテナとして使用することができる。これは、単独では比較的狭帯域であるパッチアンテナ素子６、８をそれぞれ共振周波数をずらせて形成し、かつスタック化して配置したからである。さらに、パッチアンテナ素子６、８をそれぞれ折り曲げパッチアンテナ素子に構成してあるので、各パッチアンテナ素子６、８それぞれ自体が広帯域になっているからである。
【００１５】
図４に、このパッチアンテナ２の５６０ＭＨｚでの指向特性図を示す。また、図５に６２０ＭＨｚにおける指向特性図を示す。これら指向特性図から明らかなように、上側のパッチアンテナ素子８を給電部６ａから水平方向にずらせて配置することによって指向特性がチルトしている。このようにチルトした指向特性を持っているので、受信方向にパッチアンテナ２を正対させることができないような場所でも良好に受信することができる。
【００１６】
本発明の第２実施形態のパッチアンテナ２２も、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の実施形態のパッチアンテナ２と同様に、ＵＨＦ帯の受信用アンテナで、一辺が約３０ｃｍの正方形状のアース板２４を有している。このアース板２４の上方に、パッチアンテナ素子２６、２８が設けられている。パッチアンテナ素子２６は、一辺の長さが約２２ｃｍで、他方の辺が約２３ｃｍの長方形状の導電金属板を折り曲げて形成したものである。同じくパッチアンテナ素子２８は、一辺の長さが１９．５ｃｍで、他方の辺が２０ｃｍの長方形状の導電金属板を折り曲げて形成したものである。
【００１７】
パッチアンテナ素子２６は、約２３ｃｍの辺を折り曲げて約２０ｃｍとしたもので、中心受信周波数を５３０ＭＨｚ、その波長をλ１とすると、上記２３ｃｍは、０．４λ１、２０ｃｍは０．３５λ１となる。パッチアンテナ素子２６は、アース板２２から約２ｃｍ（０．０３５λ１）の高さ位置に約２ｃｍ（０．０３５λ１）にわたって水平な給電部２６ａを有している。この給電部２６ａから水平に約５ｃｍ（約０．０９λ１）に進行し、かつアース板２４から約５．８ｃｍ（約０．１０λ１）の位置まで上昇部２６ｂが形成されている。この上昇部２６ｂの先端から水平に約５ｃｍ（約０．０９λ１）進行し、かつアース板２４からの高さが約４．２ｃｍ（約０．０７λ１）の位置まで下降部２６ｃが形成されている。以下、上昇部２６ｂと２６ｃと同一形状の上昇部２６ｄ、下降部２６ｅが形成されている。この下降部２６ｅに連ねて水平に水平部２６ｆが約１ｃｍ（約０．０１７λ１）の長さに渡って形成されている。給電部２６ａの２２ｃｍの辺の中央部から約１．５ｃｍ（約０．０２８λ１）だけ上昇部２６ｂ側によった位置で給電素子３０によって給電が行われている。
【００１８】
パッチアンテナ素子２８も、中心周波数を５９０ＭＨｚ、その波長をλ２とすると、約２０ｃｍ（約０．４λ２）の辺を折り曲げて、約１７ｃｍ（約０．３４λ２）としたもので、パッチアンテナ素子２６の上昇部２６ｂと下降部２６ｃとの接合部、即ち頂部の上方約２．８ｃｍ（０．０５５λ２）の位置に上昇部２８ｂと下降部２８ｃとの接合部、即ち頂部が位置するように上昇部２８ｂと下降部２８ｃとが配置されている。同様にパッチアンテナ素子２６の下降部２６ｃと上昇部２６ｄとの接合部、即ち谷部の上方約３．０ｃｍ（約０．０６λ２）の位置に下降部２８ｃと上昇部２８ｄとの接合部、即ち谷部が位置するように、下降部２８ｃと上昇部２８ｄとが配置されている。同じくパッチアンテナ素子２６の上昇部２６ｄと下降部２６ｅとの接合部、即ち頂部の上方約２．８ｃｍ（０．０５５λ２）の位置に上昇部２８ｄと下降部２８ｅとの接合部、即ち頂部が位置するように、上昇部２８ｄと下降部２８ｅとが形成されている。パッチアンテナ素子２８においても頂部と谷部との間のアース板２４に沿う方向の距離は約４．５ｃｍ（約０．０９λ２）であり、パッチアンテナ素子２８の下降部２８ｂ、２８ｅの下端部と、パッチアンテナ素子２６の下降部２６ｂ、２６ｅの下端部との距離は、約３．０ｃｍ（０．０６λ２）である。なお、パッチアンテナ素子２８の下降部２８ｂの下端部には水平に約２ｃｍ（約０．０４λ２）に渡って水平部２８ａが形成されている。パッチアンテナ素子２８は無給電素子である。このようにパッチアンテナ素子２６、２８は、下側のパッチアンテナ素子２６の共振周波数よりも、上側のパッチアンテナ素子２６の共振周波数を約６０ＭＨｚ程度高く設定してあり、両者の間隔は約０．０６λ２（約０．０５λ１）である。
【００１９】
図７に、このパッチアンテナ２２の反射損対周波数特性を示す。図８に、このパッチアンテナ２２の利得対周波数特性を示す。図８から明らかなように４７０ＭＨｚから６２０ＭＨｚまでの広帯域に渡って４ｄＢ以上の利得が得られている。これは、単独では比較的狭帯域であるパッチアンテナ素子２６、２８をそれぞれ共振周波数をずらせて形成し、かつスタック化して配置したからである。さらに、パッチアンテナ素子２６、２８をそれぞれ折り曲げパッチアンテナ素子に構成してあるので、各パッチアンテナ素子２６、２８それぞれ自体が広帯域になっているからである。
【００２０】
このパッチアンテナ２２では、第１の実施形態のパッチアンテナ２とは異なり、折り曲げパッチアンテナ素子２６、２８を完全に重ねて配置しているので、指向特性はチルトしていない。
【００２１】
上記の２つの実施形態では、上側のパッチアンテナ素子８、２８も折り曲げパッチアンテナ素子としたが、通常の平板状のパッチアンテナ素子とすることもできる。また、上側のパッチアンテナ素子８、２８は、無給電素子としたが、給電素子とすることもできる。この場合、下側のパッチアンテナ素子６、２６を無給電素子とする。また、上記の２つの実施の形態では、パッチアンテナ素子を２段のスタックに形成したが、さらに多くの段数のスタックとしてもよい。また、上記の２つの実施形態では、上方にのみスタック化したが、これに加えてアース板４、２４の長さ方向に沿って共振周波数が異なる折り曲げパッチアンテナ素子を配列してもよい。この場合、各折り曲げパッチアンテナ素子の間隔は、λ／２以上とすることが望ましい。上記の２つの実施形態では、ＵＨＦ帯のアンテナとしたが、他の周波数帯のアンテナとして使用することもできる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、小型であるが狭帯域であるパッチアンテナ素子を用いて広帯域のアンテナを得ることができる。
【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平面図及び側面図である。
【図２】図１のパッチアンテナの反射損対周波数特性図である。
【図３】図１のパッチアンテナの利得対周波数特性図である。
【図４】図１のパッチアンテナの５６０ＭＨｚにおける指向特性図である。
【図５】図１のパッチアンテナの６２０ＭＨｚにおける指向特性図である。
【図６】本発明の第２の実施形態のパッチアンテナの平面図及び側面図である。
【図７】図６のパッチアンテナの反射損対周波数特性図である。
【図８】図６のパッチアンテナの利得対周波数特性図である。
【符号の説明】
２  ２２  パッチアンテナ
６  ２６  パッチアンテナ素子
８  ２８  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】
0004142842.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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