JP2005167960A

JP2005167960A - 円偏波アンテナ

Info

Publication number: JP2005167960A
Application number: JP2004038450A
Authority: JP
Inventors: Tomotaka Suzuki; 友貴鈴木
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 2003-11-12
Filing date: 2004-02-16
Publication date: 2005-06-23
Anticipated expiration: 2024-02-16
Also published as: US20050099340A1; EP1531517B1; DE602004006356D1; US7075486B2; EP1531517A1; JP3959068B2; DE602004006356T2

Abstract

【課題】安価に製造でき信頼性も高いパッチアンテナ構造の円偏波アンテナを提供すること。
【解決手段】アンテナ装置１０は、外形が略正方形の金属板からなり接地導体１７上に所定の間隔を存して配置された放射導体板１１と、放射導体板１１の給電点から延出して給電回路に接続された給電ピン１２と、放射導体板１１の外周縁の４箇所から延出して接地導体１７とは絶縁された状態で該放射導体板１１を支持する脚片１３〜１６とを備えており、これら４本の脚片を放射導体板１１の各辺の中点から所定量オフセットさせることで縮退分離素子となしている。つまり、４本の脚片１３〜１６のうち、第１および第２の脚片１３，１４を相対的に近接させ、かつ第３および第４の脚片１５，１６を相対的に近接させている。これにより、アンテナ装置１０は円偏波アンテナとして動作させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、車載用等に好適なパッチアンテナ構造の円偏波アンテナに係り、特に、低コスト化に有利な板金製の円偏波アンテナに関する。

車載用アンテナにおいては、円偏波信号を用いて送受信を行うことにより、移動中でも偏波方向に対する制御が不要になるという利点がある。そのため、パッチアンテナ構造の小型の円偏波アンテナが、車載用として従来より広く採用されている。

図６は、この種の円偏波アンテナの代表的な従来例を示す平面図である（例えば、特許文献１参照）。同図に示すアンテナ装置１は、円偏波パッチアンテナと称されるもので、誘電体基板２の片面に印刷等の金属膜形成技術によって放射導体（パッチ電極）３が設けられており、誘電体基板２の他面にはほぼ全面に図示せぬ接地導体が設けられている。放射導体３は略正方形で、その相対向する一対の角部が切り欠かれて縮退分離素子４，５となっている。放射導体３内の所定の給電点には、誘電体基板２および前記接地導体を貫通する給電ピン６の一端が半田付けされており、この給電ピン６の他端は図示せぬ給電回路に接続されている。

このように概略構成されたアンテナ装置１は、給電ピン６を介して放射導体３に所定の高周波信号を供給することにより、放射導体３を共振させて電波を放射させることができる。この放射導体３は、縮退分離素子４，５の存する対角線方向の共振モードの共振長が、該対角線に直交するもう一つの対角線方向の共振モードの共振長に比べて短くなっている。それゆえ、縮退分離素子４，５の大きさ（切欠き面積）を適宜調整して両共振モードの位相差が約９０度となるように設定することにより、両共振モードを合成した主モードが励振されて、このアンテナ装置１を円偏波アンテナとして動作させることができる。
特開２０００−１５１２６１（第２頁、図５）

上述したように従来の円偏波パッチアンテナ（アンテナ装置１）は、誘電体基板２の片面に放射導体３を設けて該放射導体３に給電ピン６を接続するという構成になっているが、誘電体損失の少ない誘電体基板２は高価であり、金属膜形成技術によって放射導体３を形成する工程も煩雑なため、この種のアンテナ装置１は安価に製造できないという問題があった。特に、共振周波数が高い場合には、アンテナ効率を確保するために誘電体基板２の材料として誘電体損失の極力少ない誘電体が要求されるが、そのような誘電体は非常に高価で材料費が高騰してしまうため、例えば共振周波数が５．８ＧＨｚであるＥＴＣ（自動料金収受システム）用の円偏波アンテナを前記従来技術で製造しようとすると、極めて高価なものになってしまう。

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、安価に製造でき信頼性も高いパッチアンテナ構造の円偏波アンテナを提供することにある。

上述した目的を達成するため、本発明の円偏波アンテナでは、外形が略正多角形または略円形な金属板からなり接地導体上に所定の間隔を存して配置された放射導体板と、該放射導体板の給電点から延出して給電回路に接続された給電ピンと、前記放射導体板の４箇所から延出して前記接地導体とは絶縁された状態で該放射導体板を支持する４本の脚片とを備え、前記４本の脚片が、相対的に近接させた第１の脚片および第２の脚片と、相対的に近接させた第３の脚片および第４の脚片とからなり、前記放射導体板上でその中心を通って互いに直交する２本の直線のうち、一方の直線に対して前記第１および第２の脚片どうしを略線対称に配置させると共に前記第３および第４の脚片どうしを略線対称に配置させ、他方の直線に対して前記第１および第３の脚片どうしを略線対称に配置させると共に前記第２および第４の脚片どうしを略線対称に配置させ、かつ、前記給電点と前記放射導体板の中心とを結ぶ直線が前記２本の直線に対して略４５度の角度をなすように該給電点を配置する構成とした。

このように構成された円偏波アンテナは、放射導体板を支持する４本の脚片が等間隔ではなく、第１および第２の脚片どうしを相対的に近接させ、かつ第３および第４の脚片どうしを相対的に近接させるというオフセットの配置にしてあるので、互いに直交する二つの共振モードの共振長に所定の差を生じさせることができる。すなわち、第１および第２の脚片や第３および第４の脚片の対称軸に沿う共振モードの共振長が、第１および第３の脚片や第２および第４の脚片の対称軸に沿う共振モードの共振長に比べて長くなっている。したがって、各脚片の大きさやオフセット量を適宜調整して両共振モードの位相差が約９０度となるように設定することにより、円偏波アンテナとして動作させることができる。また、この円偏波アンテナは、一枚の金属板をプレス加工することによって放射導体板と給電ピンと４本の脚片がすべて形成でき、高価な誘電体も不要なため、極めて安価に製造することができる。また、この円偏波アンテナは、放射導体板を４本の脚片によって安定した姿勢に保持することができると共に、誘電体材料のばらつきや印刷パターン精度のばらつき等に起因するアンテナ特性の劣化が回避できることから、高信頼性を確保することも容易である。

かかる構成の円偏波アンテナにおいては、放射導体板の外形が略正方形であり、その２本の対角線が前記２本の直線に相当することが好ましい。この場合、各脚片は、外形が略正方形である放射導体板の各辺の中点からずれた位置に配設されることになる。つまり、該正方形の一方の対角線の一端側へ寄せた位置に第１および第２の脚片を配設し、かつ他端側へ寄せた位置に第３および第４の脚片を配設すればよい。このように放射導体板を外形が略正方形の金属板にしておけば、設計が容易になると共に、プレス抜きや折曲加工を効率的に行うことができるため、製造コストを一層低減できて非常に安価な円偏波アンテナが得られる。

具体的な構成例としては、４本の脚片がそれぞれ放射導体板の外周縁から中心に向かって切り込まれた切欠き部の内側から延出していればよい。また、他の具体的な構成例としては、４本の脚片の先端部にキャパシタを付設すればよく、この場合、例えばキャパシタが上面の４個所に半田ランドを設けて下面にアース電極を設けた誘電体基板からなり、該キャパシタを前記接地導体上に載置して前記半田ランド上に前記４本の脚片の先端部を半田付けすればよい。

本発明の円偏波アンテナは、放射導体板を支持する４本の脚片が等間隔ではなく、互いに直交する二つの共振モードの共振長に所定の差が生じるようにオフセット配置にしてあるので、これら４本の脚片が縮退分離素子となっている。また、一枚の金属板をプレス加工することによって放射導体板と給電ピンと各脚片がすべて形成でき、高価な誘電体は不要である。したがって、安価に製造できて信頼性も高いパッチアンテナ構造の円偏波アンテナが得られる。

実施の形態を図面を参照して説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置（円偏波アンテナ）の斜視図、図２は該アンテナ装置の平面図、図３は該アンテナ装置の断面図である。

図１〜図３に示すアンテナ装置１０は、一枚の金属板をプレス加工することによって形成された放射導体板１１と給電ピン１２と４本の脚片１３〜１６とを備えており、上面に接地導体１７を設けた基板１８上に載置固定されている。放射導体板１１は外形が略正方形であって、その外周縁の４箇所から下向きに脚片１３〜１６が延出している。これらの脚片１３〜１６は、放射導体板１１の周縁の４箇所に突設された舌片を基板１８側へ直角に折り曲げて形成したものであり、各脚片１３〜１６の下端部は、基板１８の対応する位置に設けられた取付孔１９に挿入されて半田付けされている。ただし、図３から明らかなように、各脚片１３〜１６は接地導体１７とは絶縁されており、電気的には開放端となっている。そして、基板１８に機械的に固定されたこれら４本の脚片１３〜１６によって、放射導体板１１は接地導体１７に対して略平行な姿勢に保持されている。また、放射導体板１１の給電点から切り起こされた給電ピン１２が下向きに延出して基板１８のスルーホール２０内で半田付けされている。これにより給電ピン１２は、基板１８の下面に設けられた図示せぬ給電回路と接続されるため、給電ピン１２を介して放射導体板１１に所定の高周波信号を供給することができる。

このアンテナ装置１０は、放射導体板１１を支える４本の脚片１３〜１６の相対位置関係に特徴があり、各脚片１３〜１６は等間隔な配置になっていない。すなわち、４本の脚片１３〜１６のうち、第１の脚片１３と第２の脚片１４が相対的に近接させてあって、放射導体板１１の一方の対角線Ａに対して両脚片１３，１４が略線対称に配置させてあると共に、第３の脚片１５と第４の脚片１６が相対的に近接させてあって、これら両脚片１３，１４も対角線Ａに対して略線対称に配置させてある。換言するなら、対角線Ａの一端側へ寄せた位置に第１および第２の脚片１３，１４を配置させ、かつ、対角線Ａの他端側へ寄せた位置に第３および第４の脚片１５，１６を配置させている。また、放射導体板１１の他方の対角線Ｂに対しては、第１の脚片１３と第３の脚片１５とが略線対称な配置になっていると共に、第２の脚片１４と第４の脚片１６とが略線対称な配置になっているが、この対角線Ｂの両端から近傍の脚片までの距離は、対角線Ａの両端から近傍の脚片までの距離に比べて長くなっている。さらに、放射導体板１１の中心と給電ピン１２を結ぶ直線Ｃが両方の対角線Ａ，Ｂに対して略４５度の角度をなすように設定されている。

このようにアンテナ装置１０は、放射導体板１１の外周縁から突出する各脚片１３〜１６を、放射導体板１１の各辺の中点から所定量オフセットさせた位置に配設することによって、これら４本の脚片１３〜１６を縮退分離素子として機能させ、放射導体板１１の互いに直交する二つの共振モードの共振長に所定の差を生じさせている。すなわち、対角線Ａに沿う共振モードの共振長が、対角線Ｂに沿う共振モードの共振長に比べて長くなっており、かつ、各脚片１３〜１６の大きさやオフセット量を予め適宜調整して両共振モードの位相差が約９０度となるように設定してあるため、このアンテナ装置１０は円偏波アンテナとして動作させることができる。

また、このアンテナ装置１０は、一枚の金属板をプレス加工することによって放射導体板１１と給電ピン１２と４本の脚片１３〜１６がすべて形成でき、高価な誘電体も不要なため、極めて安価に製造することができる。しかも、このアンテナ装置１０の放射導体板１１は外形が正方形の金属板からなるため、設計が容易であると共に、プレス抜きや折曲加工を効率的に行うことができ、それゆえ製造コストのさらなる低減が容易である。

また、このアンテナ装置１０は、放射導体板１１を４本の脚片１３〜１６によって安定した姿勢に保持することができると共に、誘電体材料のばらつきや印刷パターン精度のばらつき等に起因するアンテナ特性の劣化を回避することができるため、高信頼性を確保することも容易である。

図４は本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置（円偏波アンテナ）の平面図、図５は該アンテナ装置の断面図であって、図１〜図３と対応する部分には同一符号が付してあるため、重複する説明は適宜省略する。

図４および図５に示すアンテナ装置２０において、４本の脚片１３〜１６は放射導体板１１の外周縁から中心に向かって切り込まれた切欠き部１１ａ〜１１ｄの内側からそれぞれ下向きに延出しており、これら脚片１３〜１６の先端部にキャパシタ２１が付設してある。このキャパシタ２１は、誘電体基板２２の上面の４箇所に半田ランド２３ａ〜２３ｄを設け、かつ誘電体基板２２の下面にアース電極２４を設けて構成されており、各半田ランド２３ａ〜２３ｄ上で４本の脚片１３〜１６の先端部を半田付けすることにより、放射導体板１１がキャパシタ２１を介して基板１８の接地導体１７上に載置固定されている。なお、給電ピン１２の下端部は誘電体基板２２を貫通して基板１８の前記スルーホール２０内で半田付けされている。

このように構成されたアンテナ装置２０では、放射導体板１１から誘電体基板２２側へ延びている４本の脚片１３〜１６がそれぞれ半田ランド２３ａ〜２３ｄ上に搭載されて半田付けされているが、これら半田ランド２３ａ〜２３ｄは誘電体基板２２を介して接地導体１７と対向しているので、各半田ランド２３ａ〜２３ｄと接地導体１７との間には付加容量（キャパシタ２１）が形成されている。したがって、放射導体板１１の共振周波数は、該付加容量が存しないと仮定した場合に比べて低くなり、それゆえ特定の周波数で共振させるために必要な放射導体板１１の大きさが縮小できて小型化に有利となる。

なお、上述した各実施形態例では、放射導体板１１の外形が略正方形の場合について説明したが、放射導体板の外形が他の正多角形または円形であっても、該放射導体板の外周縁から延出する４本の脚片を非等間隔なオフセットの配置に設定しておくことにより、円偏波アンテナとして動作する安価で高信頼性のアンテナ装置となすことは可能である。

本発明の第１実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図である。該アンテナ装置の平面図である。該アンテナ装置の断面図である。本発明の第２実施形態例に係るアンテナ装置の斜視図である。該アンテナ装置の断面図である。従来例に係るアンテナ装置の平面図である。

符号の説明

１０，２０アンテナ装置（円偏波アンテナ）
１１放射導体板
１１ａ〜１１ｄ切欠き部
１２給電ピン
１３第１の脚片
１４第２の脚片
１５第３の脚片
１６第４の脚片
１７接地導体
１８基板
１９取付孔
２０スルーホール
２１キャパシタ
２２誘電体基板
２３ａ〜２３ｄ半田ランド
２４アース電極
Ａ，Ｂ対角線
Ｃ直線

Claims

外形が略正多角形または略円形な金属板からなり接地導体上に所定の間隔を存して配置された放射導体板と、該放射導体板の給電点から延出して給電回路に接続された給電ピンと、前記放射導体板の４箇所から延出して前記接地導体とは絶縁された状態で該放射導体板を支持する４本の脚片とを備え、
前記４本の脚片が、相対的に近接させた第１の脚片および第２の脚片と、相対的に近接させた第３の脚片および第４の脚片とからなり、
前記放射導体板上でその中心を通って互いに直交する２本の直線のうち、一方の直線に対して前記第１および第２の脚片どうしを略線対称に配置させると共に前記第３および第４の脚片どうしを略線対称に配置させ、他方の直線に対して前記第１および第３の脚片どうしを略線対称に配置させると共に前記第２および第４の脚片どうしを略線対称に配置させ、かつ、前記給電点と前記放射導体板の中心とを結ぶ直線が前記２本の直線に対して略４５度の角度をなすように該給電点を配置したことを特徴とする円偏波アンテナ。
請求項１の記載において、前記放射導体板の外形が略正方形であって、その２本の対角線が前記２本の直線に相当することを特徴とする円偏波アンテナ。
請求項１の記載において、前記４本の脚片がそれぞれ前記放射導体板の外周縁から中心に向かって切り込まれた切欠き部の内側から延出していることを特徴とする円偏波アンテナ。
請求項１の記載において、前記４本の脚片の先端部にキャパシタを付設したことを特徴とする円偏波アンテナ。
請求項４の記載において、前記キャパシタが上面の４個所に半田ランドを設けて下面にアース電極を設けた誘電体基板からなり、該キャパシタを前記接地導体上に載置して前記半田ランド上に前記４本の脚片の先端部を半田付けしたことを特徴とする円偏波アンテナ。