(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック、樹脂、セラミックと樹脂とのコンポジット材料のうちの少なくとも１つによって構成されている誘電体または磁性体のベース基板と；
上記ベース基板の１つの面である第１の面に構成されているパッチ素子と；
上記第１の面と対向する上記ベース基板における第２の面、または、上記第１の面と対向する上記ベース基板内の面に構成されているパッチ素子の励振用ＧＮＤ導体と；
上記パッチ素子の中心点を通過し上記パッチ素子上で互いに直交する２つの中心線のそれぞれと、上記パッチ素子の縁との交点で容量結合または共振結合されている２つの給電導体と；
上記２つの給電導体のそれぞれに給電するために、上記第１、２の面とは異なる上記ベース基板における第３の面に構成されている２つの給電端子と；
を有することを特徴とする円偏波パッチアンテナ。
【請求項２】
請求項１において、
ＩＮ端子から入力された信号の位相を９０度ずらすハイブリッド回路が、上記円偏波パッチアンテナと一体化されていることを特徴とする円偏波パッチアンテナ。
【請求項３】
請求項２において、
上記ハイブリッド回路は、上記ベース基板と積層されていることを特徴とする円偏波パッチアンテナ。
【請求項４】
請求項３において、
上記パッチ素子の励振用ＧＮＤ導体から見て、上記パッチ素子とは反対側に設けられ、上記ベース基板に固着されている第２のＧＮＤ導体を有し、
上記ハイブリッド回路は、上記パッチ素子の励振用のＧＮＤ導体と、上記第２のＧＮＤ導体との間に、ストリップラインとして構成されている回路であることを特徴とする円偏波パッチアンテナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動体通信、ローカル・エリア・ネットワーク、ＩＴＳ、ＥＴＣ、ＧＰＳ等に使用する円偏波のパッチアンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図８は、従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１１を示す斜視図である。
【０００３】
従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１１は、誘電体ベース基板１と、その表面（おもて面）に構成されているパッチ素子２と、その裏面に設けられているＧＮＤ導体３と、給電導体４と、その側面に構成されている給電端子５とによって構成されている。
【０００４】
従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１１において、パッチ素子２と給電端子５とは、ギャップを介して容量的に結合され、また、給電端子５と給電端子５とは導通している。
【０００５】
また、パッチ素子２は、全体的には矩形型であり、その互いに対向する２つのコーナーのエッジが面取りされている。このように構成されたパッチアンテナＰＡ１１は、面取り量を調整することによって、円偏波を励振することが可能であり、また、給電端子５を側面に構成することが可能であるので、面実装が可能である。
【０００６】
図９は、従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１２を示す斜視図である。
【０００７】
従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１２は、誘電体ベース基板１と、その表面（おもて面）に構成されているパッチ素子２ａと、パッチ素子２ａに対向する裏面に配されているＧＮＤ導体３と、給電ピンＰ１、Ｐ２と、給電用ハイブリッド回路６１と、終端抵抗６１３とによって構成されている。
【０００８】
ここで、矩形型パッチ素子２ａと給電ピンＰ１、Ｐ２とは導通され、給電ピンＰ１、Ｐ２のそれぞれは、矩形型パッチ素子２ａにおける互いに直交する２つの中心線上に構成され、給電ピンＰ１、Ｐ２のそれぞれは、入力インピーダンスが整合するような位置に配置されている。
【０００９】
また、ハイブリッド回路６１は、ストリップライン６１１、６１２によって構成され、ＩＮ端子から入力された電波は、給電ピンＰ１、Ｐ２に、互いに９０度位相がずれて到達する。これによって、２給電方式の円偏波励振が可能になる。このように、２給電方式にすることによって、広帯域化が可能になる。
【００１０】
図１０は、従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１３を示す斜視図である。
【００１１】
従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１３は、誘電体ベース基板１と、その表面（おもて面）に構成されているパッチ素子２ｂと、パッチ素子２ｂに対向する裏面に配されているＧＮＤ導体３と、給電用ストリップラインＳＬａ、ＳＬｂと、給電端子５ａ、５ｂとによって構成されている。
【００１２】
従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１３は、パッチアンテナＰＡ１２の給電方法をストリップラインにしたものであり、基本的な構成方法は、パッチアンテナＰＡ１２と同じである。上記のようにストリップライン方式にすることによって、面実装が可能になる。
【００１３】
また、特開平７−７３２１号公報には、ハイブリッド回路を内蔵したアンテナが示されている。この従来例では、２つの放射導体が直交するように配置され、それぞれに、ハイブリッド回路を介して、給電するものである。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１１は、軸比の周波数帯域が狭く、広帯域を必要とする用途には、使用できないという問題がある。
【００１５】
上記従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１２は、ピン給電方式であるので、面実装ができず、実装コストが高いという問題があり、また、インピーダンス調整が困難であるという問題がある。
【００１６】
上記従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１３は、給電用ストリップラインＳＬａ、ＳＬｂの長さがある程度必要になるので、小型化できないという問題がある。
【００１７】
また、特開平７−７３２１号公報に開示されている従来例では、２素子を９０度に配置する必要があり、面積が大きいという問題がある。
【００１８】
本発明は、軸比の周波数帯域が広く、面実装が可能であり、実装コストが低く、インピーダンス調整が容易であり、しかも小型である円偏波パッチアンテナを提供することを目的とするものである。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ベース基板の表面にパッチ素子が構成され、ベース基板の裏面にＧＮＤ導体が構成され、パッチ素子における互いに直交する２つの中心線のそれぞれとパッチ素子の縁との交点で、２つの給電導体がパッチ素子と容量結合または共振結合され、上記２つの給電導体に給電する２つの給電端子が、ベース基板の側面に構成されている円偏波パッチアンテナである。
【００２０】
【発明の実施の形態および実施例】
図１は、本発明の第１の実施例である円偏波パッチアンテナＰＡ１を示す斜視図である。
【００２１】
円偏波パッチアンテナＰＡ１は、セラミック、樹脂、セラミックと樹脂のコンポジット材料のうちで少なくとも１つによって構成されている誘電体または磁性体のベース基板１１と、ベース基板１１の表面（おもて面）１１Ｓ１に構成されている矩形のパッチ素子２１と、ベース基板１１の裏面１１Ｓ２に構成されているＧＮＤ導体３１と、給電導体４１ａ、４１ｂと、給電端子５１ａ、５１ｂとによって構成されている。
【００２２】
ＧＮＤ導体３１は、パッチ素子２１の励振用ＧＮＤ導体である。
【００２３】
給電導体４１ａ、４１ｂは、ベース基板１１の表面１１Ｓ１上で、パッチ素子２１上の互いに直交する中心線２１Ｌａ、２１Ｌｂのそれぞれと、パッチ素子２１の縁との交点２１Ｐａ、２１Ｐｂにおいて、パッチ素子２１と容量的に結合されている。
【００２４】
給電端子５１ａ、５１ｂは、給電導体４１ａ、４１ｂに給電するためにベース基板１１の側面１１Ｓ３に構成されている。
【００２５】
ベース基板１１の表面（おもて面）１１Ｓ１は、ベース基板における第１の面の例であり、裏面１１Ｓ２は、ベース基板における第１の面と対向する第２の面の例であり、側面１１Ｓ３は、上記ベース基板における上記第１、２の面とは異なる面の例である。
【００２６】
パッチ素子２１は、上記ベース基板の１つの面である第１の面に構成されているパッチ素子の例である。ＧＮＤ導体３１は、上記第２の面に構成されているパッチ素子の励振用ＧＮＤ導体の例である。
【００２７】
また、中心線２１Ｌａ、２１Ｌｂは、上記ベース基板の上記第１の面で、上記パッチ素子の中心点２１Ｐｃを通過し互いに直交する中心線の例である。給電導体４１ａ、４１ｂは、上記２つの中心線と、上記パッチ素子の縁との交点で、容量結合または共振結合されている２つの給電導体の例である。
【００２８】
給電端子５１ａ、５１ｂは、上記２つの給電導体に給電するために、上記ベース基板における上記第１、２の面とは異なる面である第３の面に構成されている２つの給電端子の例である。
【００２９】
図２は、円偏波パッチアンテナＰＡ１にハイブリッド回路６１を接続した状態を示す図である。
【００３０】
円偏波パッチアンテナＰＡ１における２つの給電端子５１ａ、５１ｂに、ハイブリッド回路６１が接続されている。
【００３１】
ハイブリッド回路６１は、λ／４の長さを具備するストリップライン６１１、６１２によって構成され、終端抵抗６１３が接続されている。
【００３２】
このようにすることによって、ＩＮ端子から入力された信号は、給電端子５１ａ、５１ｂに分配され、この場合、上記入力信号の位相が９０度ずれた状態で、給電端子５１ａと５１ｂとに到達する。このように、互いに独立に励振された信号は、パッチ素子２１上で、直交する共振状態になり、これによって、円偏波パッチアンテナＰＡ１は、軸比の周波数特性が非常に広帯域である円偏波を励振する。
【００３３】
図３は、本発明の第２の実施例である円偏波パッチアンテナＰＡ２を示す展開図である。
【００３４】
円偏波パッチアンテナＰＡ２は、円偏波パッチアンテナＰＡ１と、ベース基板１１ａと、ハイブリッド回路６２とによって構成されている。ベース基板１１ａは、ベース基板１１と同様の基板である。
【００３５】
図３に示す円偏波パッチアンテナＰＡ１は、図１に示す円偏波パッチアンテナＰＡ１と同じものであるが、説明の都合上、ＧＮＤ導体３１が削除されたものであるとし、この削除されたＧＮＤ導体３１の代わり、ＧＮＤ導体３１と同様のＧＮＤ導体３２が、ベース基板１１ａに設けられている。
【００３６】
ＧＮＤ導体３２には、２つのくり抜き部が設けられ、これらのくり抜き部に、ＧＮＤ導体３２と絶縁された状態で、給電用ランド５１１ａ、５１１ｂが設けられている。
【００３７】
ハイブリッド回路６２は、ベース基板１１ａの裏面に構成され、これと同一面内に、終端抵抗６２３が設けられている。ハイブリッド回路６２は、λ／４の長さを具備するストリップライン６２１、６２２によって構成されている。
【００３８】
また、給電端子５１ａ、５１ｂの図３中、下部が、それぞれ、給電用ランド５１１ａ、５１１ｂに接続され、スルーホールを介して、ハイブリッド回路６２２接続されている。
【００３９】
このように、ハイブリッド回路６２が、円偏波パッチアンテナＰＡ２のベース基板に一体的に収容されているので、全体の形状を小型にすることができる。
【００４０】
図４は、本発明の第３の実施例である円偏波パッチアンテナＰＡ３を示す斜視図である。
【００４１】
円偏波パッチアンテナＰＡ３は、円偏波パッチアンテナＰＡ１において、その側面に設けられている給電端子５１ａ、５１ｂの代わりに、スルーホールを利用した給電端子５３ａ、５３ｂを設けたものである。
【００４２】
円偏波パッチアンテナＰＡ３を複数個同時に製造する場合、ベース基板１３の複数個分の大きさのベース基板を分割することによって、複数のベース基板１３を製造し、このときに、ベース基板１３の側面１３Ｓ３に、スルーホールの半分が位置するように、スルーホールの位置を設定する。そして、ベース基板１３を分割すると、上記スルーホールが約半分に切断され、これによって、凹部Ｃａ、Ｃｂが形成され、この凹部Ｃａ、Ｃｂにそれぞれ、給電端子５３ａ、５３ｂが形成される。
【００４３】
なお、ベース基板１３、表面（おもて面）１３Ｓ１、裏面１３Ｓ２、側面１３Ｓ３，パッチ素子２３、中心点２３Ｐｃ、中心線２３Ｌａ、２３Ｌｂ、交点２３Ｐａ、２３Ｐｂ、ＧＮＤ導体３３、給電導体４３ａ、４３ｂ、給電端子５３ａ、５３ｂは、それぞれ、円偏波パッチアンテナＰＡ１のベース基板１１、表面（おもて面）１１Ｓ１、裏面１１Ｓ２、側面１１Ｓ３，パッチ素子２１、中心点２１Ｐｃ、中心線２１Ｌａ、２１Ｌｂ、交点２１Ｐａ、２１Ｐｂ、ＧＮＤ導体３１、給電導体４１ａ、４１ｂ、給電端子５１ａ、５１ｂに対応するものである。
【００４４】
図５は、本発明の第４の実施例である円偏波パッチアンテナＰＡ４を示す斜透視図である。
【００４５】
図６は、円偏波パッチアンテナＰＡ４を示す展開図である。
【００４６】
円偏波パッチアンテナＰＡ４は、円偏波パッチアンテナＰＡ１のベース基板１１と同様のベース基板１４、１４１、１４２、１４３の内部に、ハイブリッド回路６４を設けた実施例であり、ハイブリッド回路６４は、ストリップラインで構成されている。つまり、ハイブリッド回路６４は、パッチ素子の励振用ＧＮＤ導体３４と、第２のＧＮＤ導体３４１との間に、ストリップラインとして構成されている回路である。
【００４７】
円偏波パッチアンテナＰＡ４は、ベース基板１４、１４１、１４２、１４３と、ベース基板１４の図６中、上面に構成されている矩形のパッチ素子２１と、ベース基板１４１の図６中、上面に構成されているパッチ素子励振用ＧＮＤ導体３４と、ベース基板１４３の図６中、上面に構成されているＧＮＤ導体３４１と、給電導体４３ａ、４３ｂと、給電端子５３ａ、５３ｂと、ハイブリッド回路６４とによって構成されている。
【００４８】
給電導体４３ａ、４３ｂは、ベース基板１４の上面上で、パッチ素子２１上の互いに直交する２つの中心線のそれぞれと、パッチ素子２１の縁との交点において、パッチ素子２１と容量的に結合されている。
【００４９】
給電端子５３ａ、５３ｂは、給電導体４３ａ、４３ｂに給電するためにベース基板１４、１４１、１４２、１４３の側面に構成されている。
【００５０】
また、４つのコーナー部のそれぞれには、１／４スルーホール（スルーホールをダイシング等によって１／４に割ったもの）３３ｃが設けられ、この１／４スルーホールは、ＧＮＤ導体３４と３４１とを接続するためのものである。
【００５１】
ハイブリッド回路６４は、ベース基板１４２の図６中、上面に設けられ、λ／４の長さを具備するストリップライン６４１、６４２によって構成されている。
【００５２】
円偏波パッチアンテナＰＡ４を製造する場合、ベース基板１４３、１４２、１４１、１４の順で積層し、プレス等によって一体化することによって、図５に示すハイブリッド回路内蔵型の円偏波パッチアンテナＰＡ４が形成される。
【００５３】
図７は、従来例である円偏波パッチアンテナＰＡ１１と、上記実施例である円偏波パッチアンテナＰＡ１、ＰＡ２との周波数特性を示す図である。
【００５４】
図７（１）は、反射特性であるＶＳＷＲの周波数特性を示す図である。図７（１）において、二点鎖線で示す特性８ａは、従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１１のＶＳＷＲ特性である。一点鎖線で示す特性８１は、実施例の円偏波パッチアンテナＰＡ１のＶＳＷＲ特性である。破線で示す特性８２は、ハイブリッド回路６２がベース基板に内蔵されている円偏波パッチアンテナＰＡ２のＶＳＷＲ特性である反射特性である。
【００５５】
アンテナを接続した状態でハイブリッド回路の入力部から反射特性を見ると、破線の特性８２になるので、ハイブリッド一体型の円偏波パッチアンテナＰＡ２では、破線の特性８２に示すように非常に広帯域の反射特性となるが、放射損失に対する反射特性は、一点鎖線の特性８１と同等である。
【００５６】
図７（２）は、軸比の周波数特性を示す図である。図７（２）において、二点鎖線で示す特性９ａは、従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１１の軸比特性である。破線で示す特性９２は、ハイブリッド回路６２がベース基板に内蔵されている円偏波パッチアンテナＰＡ２の軸比特性である。
【００５７】
これらのように、２給電の容量結合で構成した上記実施例の円偏波パッチアンテナは、広帯域化が可能である。
【００５８】
また、上記実施例は、インピーダンスの調整、パターン調整が容易である。
【００５９】
さらに、パッチ素子２１、ＧＮＤ導体３１、３２、３４、３４１、給電端子５１ａ、５１ｂ、５３ａ、５３ｂ、ストリップライン６１、６４等の導体は、金、銀、銅、パラジウム、白金、銀パラジウム、銀白金、アルミニウム等の導体を、印刷、めっき、蒸着、スパッタ、エッチング等によって構成したものである。
【００６０】
ＧＮＤ導体３１、３２、３４は、第１の面と対向するベース基板における第２の面に構成されているパッチ素子の励振用ＧＮＤ導体の例であり、また、上記第１の面と対向し、ベース基板内に存在する面にパッチ素子の励振用ＧＮＤ導体を構成するようにしてもよい。
【００６１】
給電導体４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂは、パッチ素子の中心点を通過しパッチ素子上で互いに直交する２つの中心線のそれぞれと、パッチ素子の縁との交点で容量結合または共振結合されている２つの給電導体の例であり、また、給電導体４１ａ、４１ｂを、ベース基板の側面に設けるようにしてもよい。
【００６２】
また、上記各実施例は、移動体通信、ローカル・エリア・ネットワーク、ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｔｏｌｌ  Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）、ＧＰＳ等に使用することができる円偏波のパッチアンテナである。
【００６３】
【発明の効果】
本発明の円偏波パッチアンテナは、軸比の周波数帯域が広く、面実装が可能であり、実装コストが低く、インピーダンス調整が容易であり、小型であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例である円偏波パッチアンテナＰＡ１の斜視図である。
【図２】円偏波パッチアンテナＰＡ１にハイブリッド回路６１を接続した状態を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施例である円偏波パッチアンテナＰＡ２の展開図である。
【図４】本発明の第３の実施例である円偏波パッチアンテナＰＡ３の斜視図である。
【図５】本発明の第４の実施例である円偏波パッチアンテナＰＡ４の斜透視図である。
【図６】円偏波パッチアンテナＰＡ４を示す展開図である。
【図７】従来例である円偏波パッチアンテナＰＡ１１と、上記実施例である円偏波パッチアンテナＰＡ１、ＰＡ２との周波数特性を示す図である。
【図８】従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１１を示す斜視図である。
【図９】従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１２を示す斜視図である。
【図１０】従来の円偏波パッチアンテナＰＡ１３を示す斜視図である。
【符号の説明】
ＰＡ１、ＰＡ２、ＰＡ３、ＰＡ４…円偏波パッチアンテナ、
１１、１１ａ、１３、１４、１４１、１４２、１４３…ベース基板、
１１Ｓ１…ベース基板の表面（おもて面）、
１１Ｓ２…ベース基板の裏面、
１１Ｓ３…ベース基板の側面、
２１…パッチ素子、
２１Ｐｃ…中心、
２１Ｐａ、２１Ｐｂ…交点、
２１Ｌａ、２１Ｌｂ…中心線、
３１、３２、３４…パッチ素子の励振用ＧＮＤ導体、
３４１…ＧＮＤ導体、
４１ａ、４１ｂ、４３ａ、４３ｂ…給電導体、
５１ａ、５１ｂ、５３ａ、５３ｂ…給電端子、
６１、６４…ハイブリッド回路、
６１１，６１２，６４１，６４２…ストリップライン。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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