JPH06152237A - パッチアンテナ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 パッチアンテナに低雑音増幅器を接続したパ
ッチアンテナ装置の組立を容易にする。 【構成】 地導体５と地導体５の上面に第１の誘電体基
板１３を介して形成されたアンテナパタ−ン４とからな
るパッチアンテナと，地導体の下面に第２の誘電体基板
１４を介して形成された回路パタ−ンと，この回路パタ
−ン１５とアンテナパタ−ンとを電気的に接続する手段
と，回路パタ−ン１５に給電する同軸ケ−ブルと，回路
パタ−ン１５にそれぞれ実装される回路部品１７，１
８，１９とにより構成すること。 【効果】 構造が簡単であるとともに，組立工程数が少
なくなり，コストもやすくなる。またＳ／Ｎ比を向上で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は，人工衛星からの電波
を受信するアンテナ装置等，通信システムに使われるパ
ッチアンテナ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年，人工衛星を使用した衛星通信シス
テムが発展し，これを使用した移動体通信システムの開
発が活発に行われている。その内，特に，船舶や自動車
等の位置測定，表示を行うＧＰＳ（ｇｌｏｖａｌ ｐｏ
ｓｉｔｉｏｎｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ）が発達している。

【０００３】これ等のシステムを利用する自動車等の産
業分野においては，人工衛星からの電波を受信するアン
テナとしては，図３〜図５に示すように，放射素子を構
成するアンテナパタ−ンが矩形状のものや，図８に示す
ように，円形状の小型のパッチアンテナ１が使用されて
いる。このパッチアンテナ１は，図３〜図５，図８に示
すように，テフロン（登録商標）樹脂製の誘電体基板３
の両面に銅箔等の導電部材が形成されており，上面側の
銅箔がフォトエッチングされて放射素子を構成するアン
テナパタ−ン４が形成されて，誘電体基板３の裏面は地
導体５となっている。

【０００４】このアンテナパタ−ン４の中心点Ｏから５
０Ωに相当する位置に給電点となる穴６が透設されてお
り，この穴６と地導体５とは互いに絶縁部材で形成され
ている基板３により絶縁されている構造となっている。
給電点用の穴６には，図５に示すように，頭部８ａを備
えた構造のピン８が挿入されるとともに，このピン８の
頭部８ａを半田付けしてアンテナパタ−ン４と電気的に
接続されている。

【０００５】このパッチアンテナ１で受信された電波は
非常に微弱であるため，低雑音の前置増幅器２（以下，
低雑音増幅器２と記す）で増幅する必要がある。そこ
で，図６に示すように，ピン８から同軸ケ−ブル（図示
せず）を介して低雑音増幅器２に接続して，受信電波を
増幅する方法が採用されている。低雑音増幅器２は，回
路基板９に回路パタ−ン（図示せず）が形成されてお
り，この回路パタ−ンの所定部分に回路部品（図示せ
ず）が実装され，周囲はカバ−１０により覆われた構造
となっている。

【０００６】一方，最近では，図７に示すように，パッ
チアンテナ１の裏面に，図６に示す構造の低雑音増幅器
２を直接固定した一体構造のものもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする問題点】前者の形式のもの
は，パッチアンテナ１から低雑音増幅器２まで同軸ケ−
ブルで接続されているので，この同軸ケ−ブルの長さ
（電気的位相）のずれに伴う不整合および受信電波の減
衰が大であるという問題があった。その上，低雑音増幅
器２も回路基板上に回路パタ−ンを形成し，これに回路
部品を実装する等，特別に作成しなければならず，その
組立工程数も多くなるという問題があった。

【０００８】一方，後者の形式のものは，同軸ケ−ブル
を用いていない分，アンテナとの不整合，受信電波の減
衰はないが，前者の形式のものと同様に，低雑音増幅器
２の組立，取付の手間がかかるという問題があった。

【０００９】

【問題点を解決するための手段】この発明は，地導体
と，この地導体の上面に第１の誘電体基板を介して形成
されたアンテナパタ−ンとからなるパッチアンテナと，
地導体の下面に第２の誘電体基板を介して形成された回
路パタ−ンと，この回路パタ−ンとアンテナパタ−ンと
を電気的に接続する手段と，回路パタ−ンに給電する同
軸ケ−ブルと，回路パタ−ンにそれぞれ実装される回路
部品とによりパッチアンテナ装置を構成するようにした
ものである。

【００１０】

【作用】パッチアンテナ１と低雑音増幅器２とが，多層
プリント基板にハイブリットに形成されているので，人
工衛星からの電波は，パッチアンテナのアンテナパタ−
ン４で受信され，スル−ホ−ル１６を介して直接低雑音
増幅器２の入力端に入力して増幅され，同軸ケ−ブル２
３から受信部（図示せず）に入力され，受信電波が減衰
することはない。

【００１１】

【発明の実施例１】この発明の第１の実施例を，図１に
基づいて詳細に説明する。なお，従来例と同一名称のも
のは，同一符号を用いその説明を省略する。図１は，１
点給電形のパッチアンテナ装置１１を示すもので，多層
セラミック基板（又は，多層プリント基板）１２は第１
の誘電体基板１３と第２の誘電体基板１４とにより構成
されており，第１の誘電体基板１３の上面には，フォト
エッチングによりアンテナパタ−ン４が銅箔等の導電体
部材で形成されており，下面には地導体５が形成されて
パッチアンテナ１が構成されている。パッチアンテナ１
の形状は，従来例の図３〜図５に示すように，矩形状で
あってもよくあるいは，図８に示すように，円形状であ
っても良い。

【００１２】この円形状のパッチアンテナ１の場合に
は，円の直径で共振周波数ｆ_L ，ｆ_Hが決まり，図３〜
図５に示す矩形状のパッチアンテナ１の場合には，対角
線の長さにより共振周波数ｆ_L ，ｆ_H が決定される。こ
の共振周波数ｆ_L ，ｆ_H に基づいて，図９に示すよう
に，使用周波数ｆ₀ が決定される。円形状のパッチアン
テナ１の場合には，第１の誘電体基板１３の厚さｈ，比
誘電率ε_r ，使用周波数ｆ₀ ，光速Ｃ，パッチアンテナ
の半径ａとすると，一般に，ａ＝（１．８Ｃ／２πｆ₀
√ε_r ）−（１．３９ｈ／π）で表され，この式から第
１の誘電体基板１３の厚さｈが決定される。矩形状のパ
ッチアンテナ１の場合も同様にして第１の誘電体基板１
３の厚さｈが決定される。

【００１３】このパッチアンテナの地導体５の下面に
は，第２の誘電体基板１４を介して低雑音増幅器２の回
路パタ−ン１５が形成されている。１６は給電点となる
スル−ホ−ルで，アンテナパタ−ン４の中心点から５０
Ωに対応する位置に開設されており，アンテナパタ−ン
４と低雑音増幅器２の入力端に対応する回路パタ−ン１
５部分とが電気的に接続されている。なお，このスル−
ホ−ル１６の位置，直径，長さは基本的にはアンテナの
特性で決定される。但し，スル−ホ−ル１６の長さは，
抵抗成分とインダクタンス成分とがあるので，第２の誘
電体基板１４の厚みを薄くした方がそれだけ受信電波の
減衰が少なくなるから，第２の誘電体基板１４は可能な
限り薄く形成される。この際，多層プリント配線板１２
の強度は第１の誘電体基板１３で補強されている。

【００１４】１７は低雑音増幅器２を構成する回路部品
のＦＥＴ，１８はキャパシタ，１９は抵抗器で，それぞ
れ回路パタ−ン１５の所定箇所にそれぞれ実装されてい
る。２０は低雑音増幅器２の部分を覆うカバ−で，銅，
鉄・ニッケル・コバルト合金（コバ−ル）等で形成され
ており，回路パタ−ン１５のア−スパタ−ン２１に半田
２２により半田付けされている。２３は同軸ケ−ブル
で，低雑音増幅器２の出力端に接続されている。２４は
同軸ケ−ブルのコネクタである。

【００１５】このように構成されているので，人工衛星
からの電波は，パッチアンテナ１のアンテナパタ−ン４
で受信され，スル−ホ−ル１６を介して直接低雑音増幅
器２の入力端に入力して増幅され，同軸ケ−ブル２３か
ら受信部（図示せず）に入力される。この際，外部から
の不要電波は，カバ−２０により阻止される。又，スル
−ホ−ル１６の長さは，第２の誘電体基板１４が可能な
限り薄く形成されているので，受信電波の減衰はほとん
ど無視することができる。

【００１６】

【発明の実施例２】図２は，この発明の第２の実施例
で，電磁結合形のパッチアンテナ装置３１を示すもの
で，パッチアンテナ１は，第１のアンテナパタ−ン４の
上面に第３の誘電体基板３２を介して第２のアンテナパ
タ−ン３３が形成された構造となっており，他の部分
は，上記実施例と同様である。

【００１７】このように構成されているので，人工衛星
からの電波は，第２のアンテナパタ−ン３３に誘導さ
れ，誘電体基板３２を介して第１のアンテナパタ−ン４
に誘導され，上記実施例と同様に，スル−ホ−ル１６を
介して直接低雑音増幅器２の入力端に入力して増幅さ
れ，同軸ケ−ブル２３を介して受信部に入力する。

【００１８】

【発明の効果】この発明は，地導体と，この地導体の上
面に第１の誘電体基板を介して形成されたアンテナパタ
−ンとからなるパッチアンテナと，地導体の下面に第２
の誘電体基板を介して形成された回路パタ−ンと，この
回路パタ−ンとアンテナパタ−ンとを電気的に接続する
手段と，回路パタ−ンに給電する同軸ケ−ブルと，回路
パタ−ンにそれぞれ実装される回路部品とにより構成さ
れているので，構造が簡単であるとともに，組立工程数
が少なくなり，コストも安くなる。その上，低雑音増幅
器等の前置増幅器部分のみならず受信部分全体をもハイ
ブリット構造でパッチアンテナと同一の誘電体基板に組
み込むことが出来るので，小型の受信機としての利用分
野が大幅に拡大される。又，スル−ホ−ルによりアンテ
ナパタ−ンと回路パタ−ンとが接続されているので，直
径と長さの比を適当に選択することによりＳ／Ｎ比を向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施例を示す要部断面図であ
る。

【図２】この発明の第２の実施例を示す要部断面図であ
る。

【図３】従来のパッチアンテナの平面図である。

【図４】図３に示すパッチアンテナの裏面図である。

【図５】図３に示すパッチアンテナの要部断面図であ
る。

【図６】従来例を示す展開斜視図である。

【図７】従来例を示す斜視図である。

【図８】従来のパッチアンテナの平面図である。

【図９】パッチアンテナのインピ−ダンス特性図であ
る。

【符号の説明】

１ パッチアンテナ ２ 低雑音増幅器 ４ アンテナパタ−ン ５ 地導体 １１ パッチアンテナ装置 １３ 第１の誘電体基板 １４ 第２の誘電体基板 １５ 回路パタ−ン １６ スル−ホ−ル ３１ パッチアンテナ装置

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地導体と，この地導体の上面に第１の誘
   電体基板を介して形成された放射素子となるアンテナパ
   タ−ンとからなるパッチアンテナと，前記地導体の下面
   に第２の誘電体基板を介して形成された回路パタ−ン
   と，この回路パタ−ンと前記アンテナパタ−ンとを電気
   的に接続する手段と，前記回路パタ−ンに給電する同軸
   ケ−ブルと，前記回路パタ−ンにそれぞれ実装される回
   路部品とを備えたことを特徴とするパッチアンテナ装
   置。
2. 【請求項２】 前記アンテナパタ−ンと前記回路パタ−
   ンとをスル−ホ−ルで電気的に接続したことを特徴とす
   る請求項１に記載のパッチアンテナ装置。
3. 【請求項３】 前記アンテナパ−ンの上面に，第３の誘
   電体基板を介して第２のアンテナパタ−ンを形成したこ
   とを特徴とする請求項１および請求項２にそれぞれ記載
   のパッチアンテナ装置。
4. 【請求項４】 前記パッチアンテナの導体側下面に，前
   記回路パタ−ンをハイブリットに形成したことを特徴と
   する請求項１から請求項３のいずれかに記載のパッチア
   ンテナ装置。
5. 【請求項５】 前記回路パタ−ンと前記実装される回路
   部品とにより前置増幅器を構成したことを特徴とする請
   求項１から請求項３のいづれかに記載のパッチアンテナ
   装置。
6. 【請求項６】 前記回路パタ−ンと前記実装される回路
   部品とにより受信部を構成したことを特徴とする請求項
   １から請求項４のいづれかに記載のパッチアンテナ装
   置。