【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、平面アンテナに関し、特に、マイクロ波通信やミリ波通信に好適な平面アンテナに関する。より具体的には、車両と車両外部の送信機器及び／又は受信機器に接続される平面アンテナであって、例えば、車両の窓ガラス板に設けられるのに適する平面アンテナに関する。
【０００２】
【従来の技術】
今日、高速、大容量通信への要求から、マイクロ波やミリ波を用いて電波を送信又は受信する高周波の通信が急速に拡がっている。電波を送信又は受信するアンテナとして、例えば、円形又は方形のパッチ状の放射導体（以下、パッチ導体という）を有するマイクロストリップアンテナ（以下、ＭＳＡという）が好適に用いられている。
【０００３】
ＭＳＡはプリント基板で作製でき、平面構造であるので小型薄型アンテナとして広く普及している。
【０００４】
ＭＳＡは、一般に、誘電体基板の両面に導体薄膜等の導体層を形成し、一方の面の導体層を接地導体（グランド板又は地板とも呼ぶ）とし、他方の面の導体層にエッチング処理を施すことによって円形又は方形の放射導体を形成したものである。
【０００５】
ＭＳＡの給電は、例えば、同軸ケーブルの中心導体を放射導体の所定の位置に接続し、同軸ケーブルの外部導体をＭＳＡの放射導体と反対側の面の接地導体に接続することによって行われる。このようにＭＳＡは、誘電体基板の両面に導体層があるため、ＭＳＡの両面の導体層への接続が給電のために必要である。
【０００６】
また、従来、上記ＭＳＡ以外の平面アンテナとして、図４に示すとおり、誘電体基板にパッチ導体４と接地導体６とが設けられており、パッチ導体４は突出するストリップ状の突出部を有し、パッチ導体４が離間して接地導体６により囲まれている平面アンテナが報告されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
この従来例では、パッチ導体４の１つの角と対角とにそれぞれ突出部が設けられており、接地導体６には凹状の開口部９が設けられている。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２５２５２０号公報（７頁、図２（ｃ））
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来技術の有する前述の欠点を解消する平面アンテナの提供を目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、誘電体基板にパッチ導体と接地導体とが設けられており、該パッチ導体が離間して該接地導体により囲まれている平面アンテナにおいて、
該パッチ導体が四角形状又は略四角形状であり、該パッチ導体の１つの角と対角とにそれぞれ突出部を設けられており、
該パッチ導体を囲んでいる該接地導体のパッチ導体側の少なくとも３つの縁辺の形状のそれぞれが直線又はほぼ直線であることを特徴とする平面アンテナを提供する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の平面アンテナについて、添付の図面に示される好適実施例を基に詳細に説明する。図１、２には、本発明の平面アンテナの一実施形態である平面アンテナが示されている。図１は、平面アンテナの平面図であり、図２は図１に示す平面アンテナのＡ−Ａ’断面図である。以下の説明において、特記しない場合には、寸法の単位はｍｍとし、方向は図面上での方向をいうものとする。
【００１２】
本発明の平面アンテナは、図１、２に示すように、ガラス板等の誘電体基板２の少なくとも一方の面に形成される平面アンテナであり、誘電体基板２にパッチ導体４と接地導体６とが設けられており、パッチ導体４が離間して接地導体６により囲まれている。図１、２の例では、パッチ導体４と接地導体６とは誘電体基板２の片面に形成されている。
【００１３】
図１に示すとおり、本発明では、パッチ導体４の上方の右側の角と対角とにそれぞれ突出部１ａ、ｂが設けられている。これに限定されず、パッチ導体４の上方の左側の角と対角とにそれぞれ突出部１ａ、ｂが設けられていてもよい。突出部１ａ、ｂは縮退分離素子として機能する。
【００１４】
図１に示す例では、突出部１ａ、ｂの周縁の形状は、コの字状又は略コの字状であるが、これに限定されず、弓状、略弓状、くの字状、略くの字状、円状、略円状、楕円状及び略楕円状であってもよい。
【００１５】
図１、２の例では、仮に突出部１ａ、ｂが設けられていないとした場合のパッチ導体４の形状は正方形又は略正方形であり、正方形又は略正方形であることが通信特性の上で好ましいが、これに限定されず、パッチ導体４の形状は長方形又は略長方形等の四角形状又は略四角形状であっても使用できる。円偏波の電波を送信又は受信する場合には、正方形又は略正方形であることが通信特性の上で好ましい。
【００１６】
仮に突出部１ａ、ｂが設けられていないとした場合のパッチ導体４の左側の縁辺と、接地導体のパッチ導体側の右側の縁辺とは平行又は略平行である。仮に突出部１ａ、ｂが設けられていないとした場合のパッチ導体４の上側の縁辺と、接地導体のパッチ導体側の上側の縁辺とは平行又は略平行である。仮に突出部１ａ、ｂが設けられていないとした場合のパッチ導体４の右側の縁辺と、接地導体のパッチ導体側の左側の縁辺とは平行又は略平行である。接地導体６のパッチ導体側の、左側の縁辺、上側の縁辺及び右側の縁辺の形状のそれぞれは直線又はほぼ直線である。
【００１７】
図１に示す例では、インピーダンス変成器の中心導体５がパッチ導体４に設けられており、パッチ導体４の下側に下方に伸長されている。中心導体５の下端には四角形状又は略四角形状の給電部８が設けられている。ここで、インピーダンス変成器は、中心導体５と、中心導体５の周縁近傍の接地導体６の縁辺とで構成されている。
【００１８】
給電部８は表面実装型コネクタ（不図示）を介して、誘電体基板２の、パッチ導体４側の面で同軸ケーブル（不図示）の中心導体５と接続される。また、接地導体６は、アース接続された同軸ケーブルの外部導体と接続されて常時アース接続されている。
【００１９】
図５は図１に示す平面アンテナのパッチ導体４付近の拡大平面図である。パッチ導体４の幅Ｗ１及び長さＬ１ は、平面アンテナで送信又は受信する電波の波長によって電波が共振するように設定される。平面アンテナの導体長さＬ１ は、送信又は受信を行う所望の周波数帯の中心周波数の波長をλＭ とした場合、アンテナの送信又は受信効率を向上させるために、ｋ・（λＭ ／４）〜ｋ・λＭ （ｋは誘電体基板２における波長の短縮率）の範囲にあることが好ましい。この範囲に導体長さＬ１ を設定することで、この範囲外に設定する場合に比べて、利得が向上する。また、パッチ導体４の幅Ｗ１は、送信又は受信を行う所望の周波数帯の最高周波数の波長をλＨ とし、送信又は受信を行う所望の周波数帯の最低周波数の波長をλＬ とするとき、ｋ・（λＨ ／４）〜ｋ・λＬ の範囲にあることが好ましい。
【００２０】
ここで、短縮率ｋは、誘電体基板２の比誘電率をεｒ とすると、ｋ＝εｒ （−１／２）で表すことができる。短縮率ｋとは、誘電体基板上を伝搬する電波の伝搬速度に関係するもので、所望の電波の周波数においてアンテナの入力インピーダンスのリアクタンス成分が０（ゼロ）となるようにする比率をいい、アンテナが共振するように、誘電体基板に設けられるアンテナの寸法を空気中に設けられるアンテナの寸法に比べて小さくする比率をいう。中心導体５の線路長Ｌ３ は、ｋ・λＭ ／４程度である。
【００２１】
接地導体６は、誘電体基板２上の一定の領域に所定以上の面積を有するように形成される。すなわち、本発明の平面アンテナは指向性が良好となるように接地導体６の面積が調整されている。このようにして、指向性を良好にすることができるのは、誘電体基板と空気界面での反射やガラス板を伝搬する表面波の指向性への影響が低減するためと考えられる。
【００２２】
接地導体６はパッチ導体４の周囲を一定の距離離間して囲んでいる。すなわち、接地導体６の縁辺はパッチ導体４の縁より一定の間隔ｇ１、ｇ２ で離れている。間隔ｇ１、ｇ２ は、平面アンテナの入力インピーダンス特性が良好となるように設定され、ほぼ誘電体基板２の厚さ近傍が好ましい。
【００２３】
中心導体５と接地導体６との最短間隔ｇ３は、中心導体５の幅との比によって設定され、中心導体５の幅と間隔ｇ３との比は、パッチ導体４の入力インピーダンスを通常、高周波伝送線路で用いられる特性インピーダンス５０Ωと整合するインピーダンスとなるように、誘電体基板２の比誘電率、パッチ導体４の導電率等及び接地導体６の導電率等を考慮して設定されることが好ましい。
【００２４】
なお、図１に示す例では、接地導体６は、パッチ導体４の縁辺より一定の間隔ｇ１、ｇ２離れ、中心導体５の周縁より一定の間隔ｇ３離れている。しかし、後述するように、円偏波の電波を送信又は受信する場合には、接地導体６は、パッチ導体４と左右で異なる一定の間隔で離れてもよいし、また、できるだけインピーダンス整合するように、接地導体６の縁辺と、中心導体５との間隔がパッチ導体４の幅方向に沿って変化するものであってもよい。
【００２５】
パッチ導体４、突出部１ａ、ｂ、中心導体５及び接地導体６は、例えば、銀ペースト等の、導電性金属を含有するペーストを誘電体基板２にプリントし、焼付けて形成される。なお、本発明においては、この形成方法に限定されず、銅等の導電性物質からなる、線状又は箔状の薄膜を、誘電体基板２の面上に形成してもよい。
【００２６】
誘電体基板２としてガラス板を用い、パッチ導体４、突出部１ａ、ｂ、中心導体５及び接地導体６として銀ペーストをこのガラス板にプリントし焼付けて形成した場合には、ガラス板の比誘電率や銀ペーストによる導体の導電率を考慮して各部分の形状及び寸法等の諸数値が設定される。
【００２７】
次に、本発明の平面アンテナの動作について説明する。パッチ導体４は電波を放射する放射導体として機能する。また、中心導体５は、その両側に一定の距離を隔てて接地導体が形成される公知の伝送線路であるコブレーナウェーブガイド（ＣＰＷ）を形成する。インピーダンス変成器はパッチ導体４の入力インピーダンスを通常、高周波伝送線路で用いられる特性インピーダンス５０Ωと整合させるように機能することが好ましい。
【００２８】
送信の際は、給電部８から電気信号を給電する。この電気信号は中心導体５を伝搬してパッチ導体４に到達しパッチ導体４が励振される。このときパッチ導体４の共振周波数で励振されれば、パッチ導体４より電波が放射される。
【００２９】
上述したＭＳＡは、放射導体と地導体との間の電界により放射導体端部で磁流を生じ、その磁流を波源として電波を放射するアンテナである。これに対して、本発明の平面アンテナは、パッチ導体４と、その周囲に間隔をおいて同一面に設けられた接地導体６との間の電界によりパッチ導体４の端部で磁流を生じ、その磁流を波源として、電波を放射するものと考えられる。本発明の平面アンテナにおける共振周波数は、パッチ導体４の形状、寸法、パッチ導体４と接地導体６との間隔等を用いて設定することができる。電波の受信は、送信と受信との可逆性により、上記説明と反対の動作となる。
【００３０】
このように、本発明の平面アンテナは、パッチ導体４及び接地導体６が設けられた誘電体基板２の面の反対の面に導体が設けられていなくてもよく、誘電体基板２の一面にのみ、パッチ導体４、接地導体６及び中心導体５が設けられた、同一面又は共平面（コプレーナ）構造のアンテナにできるので、平面アンテナを誘電体基板２の片面に形成することができる。したがって、誘電体基板の両面に導体を設けなければならないＭＳＡに比べて、生産性及び耐久性が向上する。特に本発明の平面アンテナが車両用フロントガラス板等の窓ガラス板の車室内側に設けられた場合には、顕著に耐久性が向上する。さらに、給電部８もパッチ導体４等と同一の面側に設けることができるので、給電も容易になり、簡易でコンパクトな構成を実現することができる。
【００３１】
前述したとおり、突出部１ａ、ｂは縮退分離素子として機能するため、ＥＴＣのように円偏波の電波を送信又は受信する場合には、突出部１ａ、ｂが設けられているため通信特性が向上する。
【００３２】
パッチ導体４の１つの角と対角とにそれぞれ突出部１ａ、ｂを設けることにより、パッチ導体４の共振するモードの縮退が解け、パッチ導体４には直交する二つのモード（対角線方向）が発生し、その相対位相が９０°となり、円偏波アンテナとして良好に作動するものと考えられる。したがって、パッチ導体４に発生される直交する二つのモードの振幅ができるだけ同様になるようにし、かつ、できるだけ位相差が９０°になるように突出部１ａ、ｂの形状及び寸法を設定することが好ましい。
【００３３】
放射導体がパッチ導体であるＭＳＡでは、パッチ導体の１つの角と対角に縮退分離素子を設け円偏波用アンテナとすることが多い。その縮退分離素子はパッチ導体の１つの角と対角に突出部を設け、又は、１つの角と対角を切り欠くことによって構成している例が挙げられる。
【００３４】
しかし、本発明では、放射導体がパッチ導体であるＭＳＡとは異なり、パッチ導体４の１つの角と対角とに設けられた突出部１ａ、ｂが周囲の接地導体６に近接することによって生じる、パッチ導体４の電流分布の変化によって、共振するモードの縮退が解け、円偏波アンテナとして良好に作動するものと考えられる。
【００３５】
図１、２に示す例では、一枚の誘電体基板２上に形成されている。しかし、本発明においては、例えば、合わせガラス板や複層ガラス板等の多層誘電体基板であってもよく、この場合、合わせガラス板や複層ガラス板を構成するガラス板のどの面側に設けられてもよい。例えば、合わせガラス板の合わせ面側に形成してもよいが、この場合、ガラス板を横断してアンテナに給電するための給電手段が必要とされる。
【００３６】
さらに、誘電体基板は、ガラス板に限定されず、セラミック、ポリイミド樹脂、サファイア及びプリント配線基板等いずれであってもよい。また、アンテナの送信又は受信の効率を向上させるには低誘電損失の誘電体基板を用いるのが好ましい。また、誘電体基板は、表層に着色したプリント膜、例えば黒色プリント膜を形成したものを用いてもよい。
【００３７】
誘電体基板２の面の表層には、黒色セラミック膜が形成されてもよい。また、本発明の平面アンテナを車両用窓ガラス板に設けてもよい。この場合、本発明の平面アンテナは車両用フロントガラス板等の窓ガラス板の車室内側に設けられることが好ましい。また、前記車両用ガラス板が合わせガラス板である場合には、本発明の平面アンテナは、合わせガラスを構成するガラス基板に設けられてもよい。
【００３８】
本発明の平面アンテナは、車両用フロントガラス板の縁から１００ｍｍ以内の範囲に形成されるのが好ましく、車両用フロントガラス板を車両に装着する際の左右方向の中心線を中心とする左右１００ｍｍ以内の範囲に形成されるのが好ましい。
【００３９】
本発明の平面アンテナは、例えば、車両用フロントガラス板等の窓ガラス板の面に形成してＥＴＣ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｏｌｌ ＣｏｌｌｅｃｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ：ノンストップ自動料金収受システム、路側無線装置の送信周波数：５．７９５ＧＨｚ又は５．８０５ＧＨｚ、路側無線装置の受信周波数：５．８３５ＧＨｚ又は５．８４５ＧＨｚ）におけるアンテナとして利用される。すなわち、車両用フロントガラス板を誘電体基板２として用いる。このような平面アンテナは、狭域通信（ＤＳＲＣ：Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ）制御回路等とともに一体化して誘電体基板２上に設けられてもよい。
【００４０】
なお、本発明の平面アンテナは、上述した５．８ＧＨｚの周波数帯を用いた無線通信を行うＥＴＣにおいて好適に用いられるが、ＥＴＣに限定されず、同様の周波数帯を用いる種々のデータ通信にも使用可能である。例えば、自動車電話用の８００ＭＨｚ帯（８１０〜９６０ＭＨｚ）、自動車電話用の１．５ＧＨｚ帯（１．４２９〜１．５０１ＧＨｚ）、ＵＨＦ帯（３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚ）、ＧＰＳ人工衛星のＧＰＳ信号１５７５．４２ＭＨｚ等の電波の送信又は受信に用いることもできる。上記帯域以外にもマイクロ波の周波数の電波（１ＧＨｚ〜３ＴＨｚ）やミリ波帯の電波（３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）の送信又は受信にも用いることができる。
【００４１】
【実施例】
以下に実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例には限定されず、本発明の要旨を損なわない限り、各種の改良や変更も本発明に含まれる。誘電体基板としてガラス布基材フッ素樹脂銅張プリント基板を使用し、図１、２に示すような平面アンテナを製作した。パッチ導体４、突出部１ａ、ｂ、インピーダンス変成器５及び接地導体６は、ガラス布基材フッ素樹脂銅張プリント基板の銅箔をエッチングにより形成した。各部の寸法、定数は以下のとおりである。
【００４２】
測定用の放射器から周波数５．０ＧＨｚの電波を放射し、パッチ導体４の左右中心の線（図１における鉛直線であって、図１における誘電体基板２の左右中心の線と同軸）を軸として上記ガラス布基材フッ素樹脂銅張プリント基板を回転させて、スピニング・ダイポールパターンを測定した。図３にその回転角と感度の特性を示した。スピニング・ダイポールパターンは、通常、円偏波に対して最大受信電界と最小受信電界の比を軸比（Ａｘｉａｌ Ｒａｔｉｏ：ＡＲ）として、円偏波に対応する特性を評価する指標とされる。図３に示すとおり、ボアサイトの軸比は０．５ｄＢ以下であり、良好な軸比が得られ、良好な円偏波特性となった。
【００４３】
【００４４】
【発明の効果】
本発明では、パッチ導体が四角形状又は略四角形状であり、該パッチ導体の１つの角と対角とにそれぞれ突出部を設け、該パッチ導体を囲んでいる該接地導体のパッチ導体側の少なくとも３つの縁辺の形状のそれぞれが直線又はほぼ直線であるために、良好な円偏波特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の平面アンテナの一実施例の平面図。
【図２】図２は図１に示す平面アンテナのＡ−Ａ’断面図。
【図３】例１のスピニング・ダイポールパターン特性図。
【図４】従来の平面アンテナの一実施例の平面図。
【図５】図１に示す平面アンテナのパッチ導体４付近の拡大平面図。
【符号の説明】
１ａ、ｂ：突出部
２：誘電体基板
４：パッチ導体
６：接地導体[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a planar antenna, and more particularly to a planar antenna suitable for microwave communication and millimeter wave communication. More specifically, the present invention relates to a planar antenna connected to a vehicle and a transmission device and / or a reception device outside the vehicle, for example, a planar antenna suitable for being provided on a window glass plate of a vehicle.
[0002]
[Prior art]
Today, due to the demand for high-speed, large-capacity communication, high-frequency communication that transmits or receives radio waves using microwaves or millimeter waves is rapidly expanding. As an antenna for transmitting or receiving radio waves, for example, a microstrip antenna (hereinafter referred to as MSA) having a circular or rectangular patch-shaped radiation conductor (hereinafter referred to as patch conductor) is preferably used.
[0003]
MSA can be produced with a printed circuit board and has a planar structure, so it is widely used as a small and thin antenna.
[0004]
MSA generally forms a conductive layer such as a conductive thin film on both surfaces of a dielectric substrate, uses a conductive layer on one side as a ground conductor (also referred to as a ground plate or a ground plane), and etches the conductive layer on the other side. By applying, a circular or square radiation conductor is formed.
[0005]
The power supply of the MSA is performed, for example, by connecting the central conductor of the coaxial cable to a predetermined position of the radiation conductor and connecting the outer conductor of the coaxial cable to the ground conductor on the surface opposite to the radiation conductor of the MSA. Thus, since MSA has a conductor layer on both surfaces of a dielectric substrate, connection to the conductor layer on both surfaces of MSA is necessary for power feeding.
[0006]
Conventionally, as a planar antenna other than the MSA, as shown in FIG. 4, a patch conductor 4 and a ground conductor 6 are provided on a dielectric substrate, and the patch conductor 4 has a projecting strip-like projecting portion. A planar antenna in which the patch conductor 4 is separated and surrounded by a ground conductor 6 has been reported (for example, see Patent Document 1).
[0007]
In this conventional example, a protrusion is provided at each corner and diagonal of the patch conductor 4, and a concave opening 9 is provided in the ground conductor 6.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-252520 A (page 7, FIG. 2 (c))
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a planar antenna that eliminates the above-mentioned drawbacks of the prior art.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides a planar antenna in which a dielectric substrate is provided with a patch conductor and a ground conductor, and the patch conductor is separated and surrounded by the ground conductor.
The patch conductor has a quadrangular shape or a substantially quadrangular shape, and is provided with protrusions at one corner and a diagonal of the patch conductor,
There is provided a planar antenna characterized in that each of the shapes of at least three edges on the patch conductor side of the ground conductor surrounding the patch conductor is a straight line or a substantially straight line.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the planar antenna of the present invention will be described in detail based on the preferred embodiments shown in the accompanying drawings. 1 and 2 show a planar antenna which is an embodiment of the planar antenna of the present invention. FIG. 1 is a plan view of the planar antenna, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the planar antenna shown in FIG. In the following description, unless otherwise specified, the unit of dimension is mm, and the direction is the direction on the drawing.
[0012]
As shown in FIGS. 1 and 2, the planar antenna of the present invention is a planar antenna formed on at least one surface of a dielectric substrate 2 such as a glass plate. A patch conductor 4 and a ground conductor 6 are provided on the dielectric substrate 2. And the patch conductor 4 is separated and surrounded by the ground conductor 6. In the example of FIGS. 1 and 2, the patch conductor 4 and the ground conductor 6 are formed on one side of the dielectric substrate 2.
[0013]
As shown in FIG. 1, in the present invention, protrusions 1 a and b are provided at the upper right corner and the diagonal above the patch conductor 4, respectively. However, the present invention is not limited to this, and protrusions 1a and 1b may be provided at the left corner and the diagonal above the patch conductor 4, respectively. The protrusions 1a and b function as degenerate separation elements.
[0014]
In the example shown in FIG. 1, the shape of the peripheral edge of the projecting portions 1 a and b is a U-shape or a substantially U-shape, but is not limited thereto, and is not limited to this. The shape may be a substantially square shape, a circular shape, a substantially circular shape, an elliptical shape, or a substantially elliptical shape.
[0015]
In the example of FIGS. 1 and 2, the shape of the patch conductor 4 is assumed to be a square or a substantially square when the protrusions 1 a and b are not provided, and is preferably a square or a substantially square in terms of communication characteristics. However, the present invention is not limited to this, and the patch conductor 4 may be used in a rectangular shape or a substantially rectangular shape such as a rectangle or a substantially rectangular shape. In the case of transmitting or receiving circularly polarized radio waves, a square or a substantially square is preferable in terms of communication characteristics.
[0016]
If the protrusions 1a and b are not provided, the left side edge of the patch conductor 4 and the right side edge of the ground conductor on the patch conductor side are parallel or substantially parallel. If the protrusions 1a and b are not provided, the upper edge of the patch conductor 4 and the upper edge of the ground conductor on the patch conductor side are parallel or substantially parallel. If the protrusions 1a and b are not provided, the right edge of the patch conductor 4 and the left edge of the ground conductor on the patch conductor side are parallel or substantially parallel. Each of the left side edge, the upper side edge, and the right side edge on the patch conductor side of the ground conductor 6 is a straight line or a substantially straight line.
[0017]
In the example shown in FIG. 1, the center conductor 5 of the impedance transformer is provided on the patch conductor 4 and extends downward on the lower side of the patch conductor 4. At the lower end of the center conductor 5, a rectangular or substantially rectangular power feeding portion 8 is provided. Here, the impedance transformer is composed of the center conductor 5 and the edge of the ground conductor 6 in the vicinity of the periphery of the center conductor 5.
[0018]
The power feeding unit 8 is connected to the center conductor 5 of the coaxial cable (not shown) on the surface of the dielectric substrate 2 on the patch conductor 4 side via a surface mount connector (not shown). The ground conductor 6 is always connected to the ground by being connected to the outer conductor of the coaxial cable connected to the ground.
[0019]
FIG. 5 is an enlarged plan view of the vicinity of the patch conductor 4 of the planar antenna shown in FIG. The width W 1 and the length L 1 of the patch conductor 4 are set so that the radio wave resonates according to the wavelength of the radio wave transmitted or received by the planar antenna. Conductor length of the planar antenna L 1, when the wavelength of the center frequency of a desired frequency band to perform transmission or reception was lambda M, in order to improve the transmission or reception efficiency of the antenna, k · (λ M / 4 ) To k · λ M (k is a wavelength shortening rate in the dielectric substrate 2). By setting the conductor length L 1 in the range, as compared with the case of setting outside this range, the gain is improved. The width W 1 of the patch conductor 4, the wavelength of the highest frequency of a desired frequency band for transmitting or receiving a lambda H, when the wavelength of the lowest frequency of a desired frequency band for transmitting or receiving a lambda L , K · (λ H / 4) to k · λ L.
[0020]
Here, shortening rate k, when the relative dielectric constant of the dielectric substrate 2 and epsilon r, can be expressed by k = ε r (-1/2). The shortening rate k is related to the propagation speed of the radio wave propagating on the dielectric substrate, and refers to the ratio at which the reactance component of the input impedance of the antenna becomes 0 (zero) at the desired radio frequency, The ratio is such that the size of the antenna provided on the dielectric substrate is smaller than the size of the antenna provided in the air so that the antenna resonates. The line length L 3 of the central conductor 5 is about k · λ M / 4.
[0021]
The ground conductor 6 is formed in a certain area on the dielectric substrate 2 so as to have an area larger than a predetermined area. That is, the area of the ground conductor 6 is adjusted so that the planar antenna of the present invention has good directivity. The reason why the directivity can be improved in this manner is considered to be because the influence on the directivity of the surface wave propagating on the reflection at the interface between the dielectric substrate and the air or on the glass plate is reduced.
[0022]
The ground conductor 6 surrounds the patch conductor 4 with a certain distance therebetween. That is, the edge of the ground conductor 6 is separated from the edge of the patch conductor 4 by a constant interval g 1 , g 2 . The intervals g 1 and g 2 are set so that the input impedance characteristic of the planar antenna is good, and is preferably approximately in the vicinity of the thickness of the dielectric substrate 2.
[0023]
The shortest distance g 3 between the center conductor 5 and the ground conductor 6 is set by a ratio with the width of the center conductor 5, and the ratio between the width of the center conductor 5 and the distance g 3 usually indicates the input impedance of the patch conductor 4. It should be set in consideration of the relative permittivity of the dielectric substrate 2, the conductivity of the patch conductor 4, the conductivity of the ground conductor 6 and the like so that the impedance matches the characteristic impedance 50Ω used in the high-frequency transmission line. Is preferred.
[0024]
In the example shown in FIG. 1, the ground conductor 6 is separated from the edge of the patch conductor 4 by a constant distance g 1 , g 2 , and is spaced from the peripheral edge of the center conductor 5 by a constant distance g 3 . However, as will be described later, when transmitting or receiving a circularly polarized radio wave, the ground conductor 6 may be separated from the patch conductor 4 at a constant interval different on the left and right sides, and may be impedance matched as much as possible. In addition, the distance between the edge of the ground conductor 6 and the center conductor 5 may change along the width direction of the patch conductor 4.
[0025]
The patch conductor 4, the protruding portions 1 a and b, the center conductor 5, and the ground conductor 6 are formed by printing and baking a paste containing a conductive metal such as silver paste on the dielectric substrate 2. In the present invention, the formation method is not limited to this, and a linear or foil-like thin film made of a conductive material such as copper may be formed on the surface of the dielectric substrate 2.
[0026]
When a glass plate is used as the dielectric substrate 2 and the silver paste is printed on the glass plate and baked as the patch conductors 4, the protruding portions 1 a and b, the center conductor 5, and the ground conductor 6, the dielectric constant of the glass plate Various values such as the shape and size of each part are set in consideration of the rate and the conductivity of the conductor due to the silver paste.
[0027]
Next, the operation of the planar antenna of the present invention will be described. The patch conductor 4 functions as a radiation conductor that radiates radio waves. Further, the central conductor 5 forms a coplanar waveguide (CPW) which is a known transmission line in which a ground conductor is formed at a certain distance on both sides thereof. The impedance transformer preferably functions to match the input impedance of the patch conductor 4 with the characteristic impedance 50Ω normally used in high frequency transmission lines.
[0028]
At the time of transmission, an electric signal is supplied from the power supply unit 8. This electric signal propagates through the central conductor 5 to reach the patch conductor 4 and the patch conductor 4 is excited. At this time, radio waves are radiated from the patch conductor 4 if excited at the resonance frequency of the patch conductor 4.
[0029]
The MSA described above is an antenna that generates a magnetic current at the end of the radiating conductor due to an electric field between the radiating conductor and the ground conductor, and radiates radio waves using the magnetic current as a wave source. On the other hand, the planar antenna of the present invention generates a magnetic current at the end of the patch conductor 4 due to the electric field between the patch conductor 4 and the ground conductor 6 provided on the same plane with a space around it. The electromagnetic current is considered to radiate radio waves using the wave source. The resonance frequency in the planar antenna of the present invention can be set using the shape and size of the patch conductor 4, the distance between the patch conductor 4 and the ground conductor 6, and the like. The reception of radio waves is the opposite of the above description due to the reversibility between transmission and reception.
[0030]
Thus, in the planar antenna of the present invention, no conductor may be provided on the surface opposite to the surface of the dielectric substrate 2 on which the patch conductor 4 and the ground conductor 6 are provided. Only the antenna having the same plane or the coplanar (coplanar) structure provided with the patch conductor 4, the ground conductor 6 and the center conductor 5 can be formed on one side of the dielectric substrate 2. Therefore, productivity and durability are improved as compared with MSA in which conductors must be provided on both surfaces of the dielectric substrate. In particular, when the planar antenna of the present invention is provided on the vehicle interior side of a window glass plate such as a vehicle windshield plate, the durability is remarkably improved. Furthermore, since the power feeding portion 8 can be provided on the same surface side as the patch conductor 4 and the like, power feeding is facilitated, and a simple and compact configuration can be realized.
[0031]
As described above, since the projecting portions 1a and b function as a degenerative separation element, when transmitting or receiving circularly polarized radio waves like ETC, the projecting portions 1a and b are provided, so that communication characteristics are improved. improves.
[0032]
By providing the protrusions 1a and 1b at one corner and diagonal of the patch conductor 4, respectively, the degeneration of the resonant mode of the patch conductor 4 is solved, and the patch conductor 4 has two orthogonal modes (diagonal directions). The relative phase is 90 °, and it is considered that the circularly polarized antenna operates well. Therefore, the shapes and dimensions of the protrusions 1a and 1b can be set so that the two orthogonal modes generated in the patch conductor 4 have the same amplitude as much as possible and the phase difference is 90 ° as much as possible. preferable.
[0033]
In an MSA in which the radiating conductor is a patch conductor, a depolarization separation element is often provided at one corner of the patch conductor and a circularly polarized antenna. Examples of the degenerate separation element include a projecting portion at one corner and diagonal of the patch conductor, or a configuration in which one corner and diagonal are notched.
[0034]
However, in the present invention, unlike the MSA in which the radiating conductor is a patch conductor, the protrusions 1a and b provided at one corner and the diagonal of the patch conductor 4 are caused by approaching the surrounding ground conductor 6. Therefore, it is considered that the degeneration of the resonating mode is solved by the change in the current distribution of the patch conductor 4, and the circularly polarized antenna operates well.
[0035]
In the example shown in FIGS. 1 and 2, it is formed on a single dielectric substrate 2. However, in the present invention, for example, a multilayer dielectric substrate such as a laminated glass plate or a multilayer glass plate may be used, and in this case, on which side of the glass plate constituting the laminated glass plate or the multilayer glass plate It may be provided. For example, it may be formed on the side of the laminated glass plate, but in this case, a feeding means for feeding the antenna across the glass plate is required.
[0036]
Furthermore, the dielectric substrate is not limited to a glass plate, and may be any ceramic, polyimide resin, sapphire, printed wiring board, or the like. Moreover, it is preferable to use a dielectric substrate with a low dielectric loss in order to improve the efficiency of transmission or reception of the antenna. Moreover, you may use the dielectric substrate which formed the printed film colored on the surface layer, for example, the black printed film.
[0037]
A black ceramic film may be formed on the surface layer of the surface of the dielectric substrate 2. Moreover, you may provide the planar antenna of this invention in the window glass plate for vehicles. In this case, the planar antenna of the present invention is preferably provided on the vehicle interior side of a window glass plate such as a vehicle windshield plate. Moreover, when the said glass plate for vehicles is a laminated glass plate, the planar antenna of this invention may be provided in the glass substrate which comprises laminated glass.
[0038]
The planar antenna of the present invention is preferably formed within a range of 100 mm or less from the edge of the vehicle windshield plate, and the left and right 100 mm centered on the center line in the horizontal direction when the vehicle windshield plate is mounted on the vehicle. It is preferable to form in the range.
[0039]
The planar antenna of the present invention is formed on a surface of a window glass plate such as a vehicle windshield plate, for example, and an ETC (Electronic Toll Collection System: non-stop automatic toll collection system, roadside wireless device transmission frequency: 5.795 GHz or 5 .805 GHz, reception frequency of roadside wireless device: 5.835 GHz or 5.845 GHz). That is, a vehicle windshield plate is used as the dielectric substrate 2. Such a planar antenna may be integrally provided on the dielectric substrate 2 together with a short circuit communication (DSRC) control circuit or the like.
[0040]
The planar antenna of the present invention is preferably used in ETC that performs wireless communication using the above-described 5.8 GHz frequency band, but is not limited to ETC and is also used for various data communication using the same frequency band. It can be used. For example, an 800 MHz band (810 to 960 MHz) for a car phone, a 1.5 GHz band (1.429 to 1.501 GHz) for a car phone, a UHF band (300 MHz to 3 GHz), a GPS artificial satellite GPS signal 1575.42 MHz, etc. It can also be used to transmit or receive radio waves. In addition to the above band, it can also be used for transmission or reception of radio waves with a microwave frequency (1 GHz to 3 THz) or millimeter wave bands (30 GHz to 300 GHz).
[0041]
【Example】
The present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples, and various improvements and modifications are also included in the present invention as long as the gist of the present invention is not impaired. A planar cloth antenna as shown in FIGS. 1 and 2 was manufactured using a glass cloth base fluororesin copper-clad printed circuit board as a dielectric substrate. The patch conductor 4, the projecting portions 1a and 1b, the impedance transformer 5 and the ground conductor 6 were formed by etching a copper foil of a glass cloth base fluororesin copper-clad printed circuit board. The dimensions and constants of each part are as follows.
[0042]
A radio wave having a frequency of 5.0 GHz is radiated from a measuring radiator, and a left-right center line of the patch conductor 4 (a vertical line in FIG. 1, which is coaxial with a left-right center line of the dielectric substrate 2 in FIG. 1). The spinning cloth dipole pattern was measured by rotating the glass cloth base fluororesin copper-clad printed circuit board as an axis. FIG. 3 shows the rotation angle and sensitivity characteristics. The spinning dipole pattern is generally used as an index for evaluating characteristics corresponding to circularly polarized waves, with the ratio of the maximum received electric field and the minimum received electric field as an axial ratio (AR) with respect to circularly polarized waves. As shown in FIG. 3, the axial ratio of the bore sight was 0.5 dB or less, a good axial ratio was obtained, and good circular polarization characteristics were obtained.
[0043]
[0044]
【The invention's effect】
In the present invention, the patch conductor has a quadrangular shape or a substantially quadrangular shape, and each of the patch conductors is provided with protrusions at one corner and diagonally, and at least on the patch conductor side of the ground conductor surrounding the patch conductor. Since each of the three edge shapes is a straight line or a substantially straight line, a good circular polarization characteristic can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of an embodiment of a planar antenna of the present invention.
2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of the planar antenna shown in FIG. 1. FIG.
3 is a characteristic diagram of the spinning dipole pattern of Example 1. FIG.
FIG. 4 is a plan view of an embodiment of a conventional planar antenna.
5 is an enlarged plan view near the patch conductor 4 of the planar antenna shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1a, b: Projection part 2: Dielectric substrate 4: Patch conductor 6: Ground conductor
