JP3248277B2 - Planar patch antenna - Google Patents
Planar patch antennaInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、船舶や航空機などの移
動体に使用される平面パッチアンテナに関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a planar patch antenna used for a moving body such as a ship or an aircraft.
【0002】[0002]
【従来の技術】船舶や航空機、自動車等の移動体を対象
とした移動体衛星通信システムは、1970年代中ごろ
より世界各国各機関で精力的に研究開発が行なわれてき
た。移動体衛星通信システムにおいてアンテナ技術は最
も重要な要素技術の一つであり、その中でもアンテナの
小型化、薄型化は必須の条件である。アンテナの小型
化、薄型化を図る上で用いられる方法として、平面パッ
チアンテナが知られている。以下、図3(a),(b)
を用いて従来の平面パッチアンテナについて説明する。2. Description of the Related Art Mobile satellite communication systems for mobile objects such as ships, aircraft, and automobiles have been vigorously researched and developed by various organizations around the world since the mid-1970s. Antenna technology is one of the most important element technologies in a mobile satellite communication system, and among them, miniaturization and thinning of the antenna are essential conditions. A planar patch antenna is known as a method used to reduce the size and thickness of an antenna. Hereinafter, FIGS. 3 (a) and 3 (b)
A conventional planar patch antenna will be described with reference to FIG.
【0003】図3(a),(b)はそれぞれ従来の平面
パッチアンテナの斜視図並びに断面図である。平面パッ
チアンテナは、樹脂やセラミックなどの誘電体をアンテ
ナ基板1として用い、一方の面に電波受信用のパッチ電
極2を、又他方の面にアース電極3を作製し、パッチ電
極2で受信した信号を伝達するために、スルーホール4
の内側面には導体5が設けられている。FIGS. 3A and 3B are a perspective view and a sectional view, respectively, of a conventional planar patch antenna. The planar patch antenna uses a dielectric such as resin or ceramic as the antenna substrate 1, and forms a patch electrode 2 for radio wave reception on one surface and a ground electrode 3 on the other surface, and receives the patch electrode 2. Through holes 4 to transmit signals
A conductor 5 is provided on the inner side surface of the.
【0004】アンテナ基板1の大きさはパッチ電極2の
大きさで決まり、パッチ電極2の大きさは受信する電波
の周波数とアンテナ基板1の比誘電率で決まる。従っ
て、小型化、薄型化が狙いであることから、アンテナ基
板1の大きさは、パッチ電極2の面積よりやや大きく
し、しかもアース電極3の面積がパッチ電極2の面積よ
り広くできる程度であればよい。[0004] The size of the antenna substrate 1 is determined by the size of the patch electrode 2, and the size of the patch electrode 2 is determined by the frequency of the received radio wave and the relative permittivity of the antenna substrate 1. Therefore, the size of the antenna substrate 1 is slightly larger than the area of the patch electrode 2 and the area of the ground electrode 3 is larger than the area of the patch electrode 2 because the size and the thickness of the antenna substrate 1 are aimed at. I just need.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来の構
成では、アンテナを小型化しようとした場合アンテナの
効率は低下し、周波数帯域は狭くなるのが普通である。
従ってアンテナを小型化させたときにいかにして周波数
帯域幅を広くとるかということが問題になる。従来、こ
の問題を解決する手段としては、アンテナ基板を厚くし
たり、アンテナの比誘電率を小さくしたり、アンテナ素
子の形状を工夫したりといった方法が取られてきたが、
このような手段ではアンテナの小型化に限界があるとい
う問題点があった。However, in the conventional configuration, when the size of the antenna is reduced, the efficiency of the antenna is reduced and the frequency band is usually narrowed.
Therefore, how to increase the frequency bandwidth when the size of the antenna is reduced becomes a problem. Conventionally, as means for solving this problem, methods such as increasing the thickness of the antenna substrate, decreasing the relative permittivity of the antenna, and devising the shape of the antenna element have been taken.
Such a method has a problem that there is a limit to miniaturization of the antenna.
【0006】そこで本発明は、アンテナ基板の材料や厚
さ等を変えずに小型化が図れる平面パッチアンテナを提
供することを目的とする。Accordingly, an object of the present invention is to provide a planar patch antenna which can be reduced in size without changing the material and thickness of the antenna substrate.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】このために本発明は、ア
ンテナ基板と、このアンテナ基板の一面に設けられたパ
ッチ電極と、このパッチ電極が設けられた面と反対側の
面に設けられたアース電極と、このアース電極が設けら
れた面に対向して設けられた回路基板と、この回路基板
上に実装部品を設けて構成された回路部とを備え、回路
部とアンテナ基板とを電気的に接続した平面パッチアン
テナであって、アンテナ基板の比誘電率に比べて回路基
板の比誘電率を等しいか小さくするとともに、回路基板
の面積をアンテナ基板の面積と等しいか、もしくはこれ
よりも大きくした。For this purpose, the present invention provides an antenna substrate, a patch electrode provided on one surface of the antenna substrate, and a surface provided on a surface opposite to the surface provided with the patch electrodes. An earth electrode, a circuit board provided facing the surface on which the earth electrode is provided, and the circuit board
And a circuit section provided with mounting components on the
Patch antenna that electrically connects the part and the antenna substrate
Antenna, and the circuit board
Make the relative permittivity of the board equal or smaller, and
Is equal to or equal to the antenna substrate area
Greater than .
【0008】[0008]
【作用】上記構成により,周波数帯域幅の広帯域化が図
れる。According to the above configuration, the frequency bandwidth can be widened.
【0009】[0009]
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の実施例を
説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0010】図1(a),(b)は、各々本発明の一実
施例における平面パッチアンテナの斜視図及び断面図で
ある。又、図1(c)は、本発明の一実施例における平
面パッチアンテナのアンテナ基板の正面、側面、背面を
示す3面図、図1(d)は、本発明の一実施例における
平面パッチアンテナの回路基板の正面、側面、背面を示
す3面図である。図1(a),(b),(c)におい
て、11は比誘電率が6.0(ε1),外形寸法(タテ
・ヨコ・厚さ)が50(A)×50(B)×5(m
m)、スルーホール12の径φ1.3(mm)のフォル
ステライトでできたアンテナ基板、13はアンテナ基板
11の表面に39(mm)角で形成されたパッチ電極、
14はアンテナ基板11の裏面のスルーホール部周辺を
除いた全面にスクリーン印刷により印刷されたアース電
極、15はスルーホール12の内側面に銀ペーストを付
けた受信信号伝達用の導体である。FIGS. 1A and 1B are a perspective view and a sectional view, respectively, of a planar patch antenna according to an embodiment of the present invention. FIG. 1C is a three-sided view showing the front, side, and back of the antenna substrate of the planar patch antenna according to the embodiment of the present invention. FIG. 1D is a plan view of the planar patch antenna according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a three-sided view showing the front, side, and back of the circuit board of the antenna. 1 (a), (b) and (c), reference numeral 11 denotes a relative dielectric constant of 6.0 (ε1) and an outer dimension (length / width / thickness) of 50 (A) × 50 (B) × 5. (M
m), an antenna substrate made of forsterite having a diameter φ1.3 (mm) of the through hole 12, a patch electrode 13 formed on the surface of the antenna substrate 11 with a 39 (mm) square,
Reference numeral 14 denotes a ground electrode printed on the entire surface of the rear surface of the antenna substrate 11 except for the periphery of the through-hole portion by screen printing.
【0011】又、図1(a),(b),(d)におい
て、16は比誘電率がε2、外形寸法(タテ・ヨコ・厚
さ)が70(C)×50(D)×0.6(mm)、スル
ーホール17の径φ1.3(mm)の材料でできた回路
基板、18は回路基板16の表面に受信信号を増幅させ
るために回路パターンと実装部品より構成された回路
部、19は回路基板16の裏面のスルーホール周辺を除
いた全面に形成されたアース電極、20はアンテナ基板
11で受信した信号を回路基板16に伝達するためのφ
1.2(mm)の比抵抗が小さな金属のベリリウム銅で
できたピンである。In FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (d), reference numeral 16 denotes a dielectric constant of .epsilon.2 and an outer dimension (length / width / thickness) of 70 (C) .times.50 (D) .times.0. A circuit board made of a material having a diameter of 1.3 mm and a through hole 17 having a diameter of 1.3 mm; and a circuit 18 comprising a circuit pattern and a mounting component for amplifying a received signal on the surface of the circuit board 16. And 19, a ground electrode formed on the entire surface of the rear surface of the circuit board 16 excluding the periphery of the through hole, and 20 is a φ for transmitting a signal received by the antenna substrate 11 to the circuit board 16.
This pin is made of metal beryllium copper having a small specific resistance of 1.2 (mm).
【0012】アンテナ基板11と回路基板16は、それ
ぞれのアース電極14、19同士を対向させ、アンテナ
基板11のスルーホール12と回路基板16のスルーホ
ール17にピン20を挿入し、アンテナ基板11のパッ
チ電極13と回路基板16の回路部18に半田10を形
成して電気的に接続されている。このようにアンテナ基
板11のアース電極14に対向する回路基板16を配置
することにより、アンテナの周波数帯域幅を広帯域化す
ることができる。The antenna substrate 11 and the circuit board 16 have the ground electrodes 14 and 19 facing each other, and the pins 20 are inserted into the through holes 12 of the antenna board 11 and the through holes 17 of the circuit board 16, respectively. The solder 10 is formed and electrically connected to the patch electrode 13 and the circuit section 18 of the circuit board 16. By arranging the circuit board 16 facing the ground electrode 14 of the antenna board 11 in this way, the frequency bandwidth of the antenna can be widened.
【0013】特に、アンテナ基板{比誘電率(ε1)、
アンテナ面積S1}11のアース電極14に対向させる
回路基板16の比誘電率ε2と面積S2は、下記式で表
される条件が好ましい。In particular, the antenna substrate {relative permittivity (ε1),
It is preferable that the relative permittivity ε2 and the area S2 of the circuit board 16 facing the ground electrode 14 having the antenna area S1 条件 11 have conditions expressed by the following formula.
【0014】 比誘電率 回路基板の比誘電率(ε2)≦アンテナ基
板の比誘電率(ε1) 対向面積 S1≦S2 以上のことを確認するために、比誘電率,外形寸法(タ
テ・ヨコ)を変えた回路基板16を作製し、実験を行っ
た。Relative permittivity Relative permittivity of circuit board (ε2) ≦ Relative permittivity of antenna board (ε1) Opposing area S1 ≦ S2 In order to confirm that it is not less than, relative permittivity and external dimensions (vertical / horizontal) A circuit board 16 having a different shape was manufactured, and an experiment was performed.
【0015】アンテナの周波数帯域幅は、電波暗室で,
アドバンテスト社製スペクトルアナライザーR3316
Aにて測定を行なった。その測定装置の概略図を図2の
本発明の一実施例における平面パッチアンテナのアンテ
ナ特性測定用電気回路のブロック図に示す。標準信号発
生器21より所定の周波数の信号を測定用送信アンテナ
22を経て発信し、この信号を供試アンテナ23である
回路基板付き平面パッチアンテナで受けて、信号が可変
抵抗減衰機24を経て演算され、アンテナ特性が測定用
受信機25上に表示される。標準アンテナ26は測定誤
差補正用のアンテナである。又、アンテナ特性測定時の
アンテナの設置条件は、測定用送信アンテナ22、供試
アンテナ23及び標準アンテナ26の高さを1.5
(m)、測定用送信アンテナ22と供試アンテナ23又
は標準アンテナ26との距離を4(m)とした。測定し
たアンテナ特性の結果と従来品の測定データを(表1)
に示す。[0015] The frequency bandwidth of the antenna is
Advantest Spectrum Analyzer R3316
The measurement was performed at A. FIG. 2 is a block diagram of an electric circuit for measuring antenna characteristics of a planar patch antenna according to one embodiment of the present invention. A signal of a predetermined frequency is transmitted from the standard signal generator 21 via the transmitting antenna 22 for measurement, and the signal is received by the planar patch antenna with the circuit board which is the test antenna 23, and the signal is transmitted through the variable resistance attenuator 24. The calculation is performed, and the antenna characteristics are displayed on the measuring receiver 25. The standard antenna 26 is a measurement error correction antenna. The antenna installation conditions at the time of measuring the antenna characteristics are such that the heights of the measuring transmitting antenna 22, the test antenna 23 and the standard antenna 26 are 1.5.
(M) The distance between the measurement transmitting antenna 22 and the test antenna 23 or the standard antenna 26 was set to 4 (m). Table 1 shows the results of the measured antenna characteristics and the measured data of the conventional product.
Shown in
【0016】又、回路基板16の比誘電率(ε2)、外
形寸法(C×D)をそれぞれ変更したときの測定データ
を(表2)、(表3)に示す。The measured data when the relative permittivity (ε2) and the external dimensions (C × D) of the circuit board 16 are changed are shown in (Table 2) and (Table 3).
【0017】[0017]
【表1】 [Table 1]
【0018】(表1)から判るように、アンテナ基板1
1のアース電極14側に対向する回路基板16を備える
ことにより、周波数帯域幅を広帯域化することができ
た。As can be seen from (Table 1), the antenna substrate 1
By providing the circuit board 16 facing the one ground electrode 14 side, the frequency bandwidth could be widened.
【0019】[0019]
【表2】 [Table 2]
【0020】(表2)から判るように、アンテナ基板1
1のアース電極14側に対向する回路基板16の比誘電
率ε2をアンテナ基板11の比誘電率ε1より等しいか
小さくすることにより、周波数帯域幅を広帯域化するこ
とができた。As can be seen from (Table 2), the antenna substrate 1
By making the relative dielectric constant ε2 of the circuit board 16 facing the ground electrode 14 side equal to or smaller than the relative dielectric constant ε1 of the antenna substrate 11, the frequency bandwidth could be widened.
【0021】[0021]
【表3】 [Table 3]
【0022】(表3)から判るように、アンテナ基板1
1のアース電極14側に対向する回路基板16の面積を
《S1≦S2》にすることにより、周波数帯域幅を広帯
域化することができた。As can be seen from (Table 3), the antenna substrate 1
By setting the area of the circuit board 16 facing the first ground electrode 14 to be << S1≤S2 >>, the frequency bandwidth could be broadened.
【0023】[0023]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、簡
単な構成により平面パッチアンテナの周波数帯域幅の広
帯域化を図ることができ、ひいては平面パッチアンテナ
の外形寸法を変更することなくアンテナ特性を向上でき
る。As described above, according to the present invention, the frequency bandwidth of the planar patch antenna can be broadened with a simple configuration, and the antenna characteristics can be improved without changing the external dimensions of the planar patch antenna. Can be improved.
【図1】(a)は本発明の一実施例における平面パッチ
アンテナの斜視図 (b)は本発明の一実施例における平面パッチアンテナ
の断面図 (c)は本発明の一実施例における平面パッチアンテナ
のアンテナ基板の正面、側面、背面を示す3面図 (d)は本発明の一実施例における平面パッチアンテナ
の回路基板の正面、側面、背面を示す3面図FIG. 1A is a perspective view of a planar patch antenna according to an embodiment of the present invention; FIG. 1B is a cross-sectional view of the planar patch antenna according to an embodiment of the present invention; (D) is a three-sided view showing the front, side, and back of the circuit board of the planar patch antenna in one embodiment of the present invention.
【図2】本発明の一実施例における平面パッチアンテナ
のアンテナ特性測定用電気回路のブロック図FIG. 2 is a block diagram of an electric circuit for measuring antenna characteristics of the planar patch antenna according to one embodiment of the present invention.
【図3】(a)は従来の平面パッチアンテナの斜視図 (b)は従来の平面パッチアンテナの断面図FIG. 3A is a perspective view of a conventional planar patch antenna. FIG. 3B is a cross-sectional view of the conventional planar patch antenna.
11 アンテナ基板 12 スルーホール 13 パッチ電極 14 アース電極 16 回路基板 17 スルーホール 19 アース電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Antenna board 12 Through hole 13 Patch electrode 14 Earth electrode 16 Circuit board 17 Through hole 19 Earth electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有田 雅昭 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−247722(JP,A) 特開 平1−135107(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01Q 13/08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (72) Inventor Masaaki Arita 1006 Kazuma Kadoma, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (56) References JP-A-4-247722 (JP, A) JP-A-1- 135107 (JP, A) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01Q 13/08
Claims (1)
に設けられたパッチ電極と、このパッチ電極が設けられ
た面と反対側の面に設けられたアース電極と、このアー
ス電極が設けられた面に対向して設けられた回路基板
と、この回路基板上に実装部品を設けて構成された回路
部とを備え、前記回路部と前記アンテナ基板とを電気的
に接続した平面パッチアンテナであって、アンテナ基板
の比誘電率に比べて回路基板の比誘電率を等しいか小さ
くするとともに、前記回路基板の面積を前記アンテナ基
板の面積と等しいか、もしくはこれよりも大きくしたこ
とを特徴とする平面パッチアンテナ。An antenna substrate, a patch electrode provided on one surface of the antenna substrate, a ground electrode provided on a surface opposite to the surface provided with the patch electrode, and the ground electrode are provided. A circuit board provided facing the surface and a circuit configured by mounting components on the circuit board
Unit, and electrically connects the circuit unit and the antenna substrate to each other.
A planar patch antenna connected to the antenna board
The relative permittivity of the circuit board is equal to or smaller than the relative permittivity of
And the area of the circuit board is
Make sure it is equal to or larger than the board area.
And a planar patch antenna.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00973593A JP3248277B2 (en) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | Planar patch antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP00973593A JP3248277B2 (en) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | Planar patch antenna |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06224620A JPH06224620A (en) | 1994-08-12 |
JP3248277B2 true JP3248277B2 (en) | 2002-01-21 |
Family
ID=11728575
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP00973593A Expired - Lifetime JP3248277B2 (en) | 1993-01-25 | 1993-01-25 | Planar patch antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3248277B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11417949B2 (en) | 2018-04-25 | 2022-08-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Antenna module and communication device having same mounted therein |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7079078B2 (en) | 2003-04-09 | 2006-07-18 | Alps Electric Co., Ltd. | Patch antenna apparatus preferable for receiving ground wave and signal wave from low elevation angle satellite |
-
1993
- 1993-01-25 JP JP00973593A patent/JP3248277B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11417949B2 (en) | 2018-04-25 | 2022-08-16 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Antenna module and communication device having same mounted therein |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH06224620A (en) | 1994-08-12 |
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