特開 2024-8567 パッチアンテナ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024008567

(43)【公開日】2024-01-19

(54)【発明の名称】パッチアンテナ

(51)【国際特許分類】

   H01Q 13/08 20060101AFI20240112BHJP

【ＦＩ】

H01Q13/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022110541

(22)【出願日】2022-07-08

(71)【出願人】

【識別番号】513299683

【氏名又は名称】芦塚 哲也

(71)【出願人】

【識別番号】513299694

【氏名又は名称】飯田 孝一

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】芦塚 哲也

(72)【発明者】

【氏名】飯田 孝一

【テーマコード（参考）】

5J045

【Ｆターム（参考）】

5J045AA04

5J045AA11

5J045CA01

5J045CA04

5J045DA10

5J045EA08

5J045GA00

5J045NA06

5J045NA07

(57)【要約】

【課題】所望の動作特性を容易に実現できるパッチアンテナを提供すること。
【解決手段】パッチアンテナは、グランドパターンと、グランドパターンに対向して配置されるパッチパターンと、グランドパターンとパッチパターンとの間に配置される誘電部材と、を備え、誘電部材は、パッチパターンからグランドパターンに向かう方向から見て、パッチパターンの一部と重なるように配置される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

グランドパターンと、
前記グランドパターンに対向して配置されるパッチパターンと、
前記グランドパターンとパッチパターンとの間に配置される誘電部材と、
を備え、
前記誘電部材は、前記パッチパターンから前記グランドパターンに向かう方向から見て、前記パッチパターンの一部と重なるように配置される、
パッチアンテナ。

【請求項2】

前記誘電部材は、四角形状の前記パッチパターンの少なくとも１つの辺に沿って配置される、
請求項１に記載のパッチアンテナ。

【請求項3】

前記誘電部材は、四角形状の前記パッチパターンの少なくとも１つの角において配置される、
請求項１に記載のパッチアンテナ。

【請求項4】

前記角に配置される誘電部材の位置によって、当該パッチアンテナの帯域、左旋偏波、又は、右旋偏波が設定される、
請求項３に記載のパッチアンテナ。

【請求項5】

前記誘電部材は、ゴムである、
請求項１に記載のパッチアンテナ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、パッチアンテナに関する。

【背景技術】

【0002】

平面アンテナの１つにパッチアンテナがある。パッチアンテナは、回路と一体設計が可能であり、例えば、ミリ波レーダ又は全球測位衛星システムといった通信装置に用いられる。

【0003】

アンテナには、例えば、共振周波数、帯域、及び、偏波いった動作特性がある。パッチアンテナでは、複数のパラメータに基づいて、動作特性が決定される。例えば、パッチアンテナでは、エッチング等によって基板に形成されたパッチパターンの形状、基板の誘電率、基板の厚さ（パッチパターンとグランドパターンとの距離）、給電点の位置、及び、給電点の数といった複数のパラメータに基づいて、動作特性が決定される。

【0004】

なお、特許文献１には、給電点のインピーダンス調整を容易に行うことが可能なパッチアンテナが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１９－８０２７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記したように、パッチアンテナの動作特性は、複数のパラメータに基づいて決定される。そのため、パッチアンテナにおいて、所望の動作特性を得るには、例えば、上記した複数のパラメータを変更し、手間がかかる。

【0007】

本開示の非限定的な実施例は、所望の動作特性を容易に実現できるパッチアンテナの提供に資する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の一実施例に係るパッチアンテナは、グランドパターンと、前記グランドパターンに対向して配置されるパッチパターンと、前記グランドパターンとパッチパターンとの間に配置される誘電部材と、を備え、前記誘電部材は、前記パッチパターンから前記グランドパターンに向かう方向から見て、前記パッチパターンの一部と重なるように配置される。

【発明の効果】

【0009】

本開示の一実施例によれば、パッチアンテナにおいて、所望の動作特性を容易に実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態に係るパッチアンテナを側方から見た図である。

【図2】パッチアンテナを上方から見た図である。

【図3】図１とは異なるパッチアンテナを側方から見た図である。

【図4】図３のパッチアンテナの動作例を説明する図である。

【図5】パッチアンテナの基本動作例を説明する図である。

【図6】図５に示すパッチアンテナの周波数特性を示した図である。

【図7】パッチアンテナの共振周波数の設定例を説明する図である。

【図8】図７に示すパッチアンテナの周波数特性を示した図である。

【図9】パッチアンテナの共振周波数の複数化の一例を説明する図である。

【図10】図９に示すパッチアンテナの周波数特性を示した図である。

【図11】パッチアンテナの共振周波数における広帯域化の一例を説明する図である。

【図12】図１１に示すパッチアンテナの周波数特性を示した図である。

【図13】パッチアンテナの円偏波例を説明する図である。

【図14】図１３に示すパッチアンテナの周波数特性を示した図である。

【図15】パッチアンテナの円偏波例を説明する図である。

【図16】図１５に示すパッチアンテナの周波数特性を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を適宜参照して、本開示の実施の形態について、詳細に説明する。

【0012】

図１は、実施の形態に係るパッチアンテナ１を側方から見た図である。図１に示すように、パッチアンテナ１は、基板１１と、基板２１と、スペーサ３１と、誘電部材４１と、を有する。パッチアンテナ１は、マイクロストリップパッチアンテナ、又は、マイクロストリップアンテナと称されてもよい。

【0013】

図１には、パッチアンテナ１の他に、ＲＦ（無線）回路５１が示してある。なお、パッチアンテナ１がＲＦ回路５１を有してもよい。例えば、ＲＦ回路５１は、基板２１に形成されてもよい。

【0014】

基板１１には、パッチパターン１２が形成される。パッチパターン１２は、基板１１の基板２１と対向する面とは反対側の面（上面）に形成される。パッチパターン１２は、例えば、基板１１の上面において、全面にわたって形成される。又は、パッチパターン１２は、基板１１の上面の一部において、形成される。パッチパターン１２は、パッチ導体、放射パターン、又は、平面放射素子と称されてもよい。

【0015】

給電点１３は、パッチパターン１２に形成され、ＲＦ回路５１と接続される。給電点１３とＲＦ回路５１とは、例えば、基板１１，２１に形成されたスルーホールを介して接続される。

【0016】

基板２１は、基板１１に対向するように配置される。基板２１には、グランドパターン２２が形成される。グランドパターン２２は、基板２１の基板１１と対向する面とは反対側の面（下面）に形成される。グランドパターン２２は、例えば、基板２１の下面において、全面にわたって形成される。又は、グランドパターン２２は、基板２１の下面の一部において、形成される。グランドパターン２２は、グランド導体と称されてもよい。

【0017】

スペーサ３１は、基板１１と基板２１との間に挟まれ、基板１１と基板２１とを固定する。基板１１及び基板２１は、対向し、平行となるようにスペーサ３１に固定される。スペーサ３１は、例えば、ねじ、又は、両面テープであってもよい。誘電損失等を考慮し、スペーサ３１には、例えば、誘電率の低いものを用いるのが好ましい。

【0018】

誘電部材４１は、基板１１と基板２１との間に挿入される。誘電部材４１は、例えば、直方体形状を有する。誘電部材４１の厚さは、例えば、基板１１と基板２１との間の距離、又は、その距離より小さい。誘電部材４１は、基板１１と基板２１との間のスペーサ３１が無い空間において、自在に配置可能である。

【0019】

誘電部材４１は、高誘電率の部材である。誘電部材４１は、例えば、ニトリルゴムといったゴムである。

【0020】

後述するが、パッチアンテナ１の共振周波数、帯域、及び、偏波いった動作特性は、誘電部材４１の位置によって変わる。誘電部材４１は、例えば、パッチアンテナ１の所望の動作特性（設計した動作特性）が得られた後、所望の動作特性が得られた位置において、基板１１及び基板２１の両方又は一方に固定される。

【0021】

図２は、パッチアンテナ１を上方から見た図である。図２において、図１と同じ構成要素には、同じ符号が付してある。

【0022】

図２に示す一点鎖線Ａ２ｂは、基板１１と基板２１との間に配置されたスペーサ３１を示す。図２に示す点線Ａ２ｃは、基板１１と基板２１との間に配置された誘電部材４１を示す。

【0023】

基板１１は、例えば、四角形状を有する。パッチパターン１２は、上記したように、基板１１の上面において、全面にわたって形成され、又は、基板１１の上面の一部において、面状に形成される。以下では、パッチパターン１２は、基板１１の上面において、全面にわたって形成されているとする。

【0024】

基板２１は、例えば、四角形状を有する。グランドパターン２２（図２には図示せず）は、上記したように、基板２１の下面において、全面にわたって形成され、又は、基板２１の下面の一部において、面状に形成される。以下では、グランドパターン２２は、基板２１の下面において、全面にわたって形成されているとする。

【0025】

パッチパターン１２は、グランドパターン２２に重なるように配置される。例えば、パッチパターン１２は、その全体がグランドパターン２２の外周内に収まるように配置される。

【0026】

スペーサ３１は、一点鎖線Ａ２ｂに示すように、例えば、四角形状を有する。スペーサ３１は、その面積がパッチパターン１２の面積より小さく、パッチパターン１２に重なるように配置される。例えば、スペーサ３１は、その全体がパッチパターン１２の外周内に収まるように配置される。

【0027】

これにより、パッチアンテナ１は、パッチパターン１２とグランドパターン２２との間において、誘電部材４１（図２の点線Ａ２ｃ）が配置される空間を有する。別言すれば、誘電部材４１は、基板１１と基板２１と間において、パッチパターン１２とグランドパターン２２とに重なるように、配置可能となる。

【0028】

図１の例では、誘電部材４１は、給電点１３から最も離れた、パッチパターン１２の一辺に沿って、パッチパターン１２とグランドパターン２２との間に形成された空間に配置される。

【0029】

なお、基板１１，２１、パッチパターン１２、グランドパターン２２、スペーサ３１、及び、誘電部材４１の形状は、四角形状に限られない。これらの形状は、例えば、円形状であってもよい。

【0030】

図３は、図１とは異なるパッチアンテナ６０を側方から見た図である。図３に示すように、パッチアンテナ６０は、基板６１と、ＲＦ回路６５と、を有する。

【0031】

基板６１の上面には、パッチパターン６２が形成される。基板６１の下面には、グランドパターン６４が形成される。

【0032】

パッチパターン６２には、給電点６３が形成される。給電点６３は、ＲＦ回路６５と接続される。

【0033】

図４は、図３のパッチアンテナ６０の動作例を説明する図である。図４の（Ａ）には、上方から見たパッチパターン６２が示してある。図４の（Ｂ）には、側方から見たパッチアンテナ６０が示してある。図４において、図３と同じ構成要素には、同じ符号が付してある。

【0034】

ＲＦ回路６５から給電点６３に信号が供給されると、図４の点線矢印Ａ４ａに示すように、パッチパターン６２の長さ方向（図４の左右方向）に電流が流れる。電流は、パッチパターン６２の中心付近において大きくなり、パッチパターン６２の長さ方向の両端に向かって小さくなる。一方、電圧は、パッチパターン６２の中心付近において小さくなり、パッチパターン６２の長さ方向の両端に向かって大きくなる。これにより、図４の矢印Ａ４ｂに示すように、パッチパターン６２の端部周辺において電界が発生し、電波が出射される。

【0035】

パッチアンテナ６０には、例えば、共振周波数、帯域、及び、偏波といった動作特性がある。パッチアンテナ６０において、所望の動作特性を得るには、例えば、パッチパターン６２の形状、基板６１の誘電率、基板６１の厚さ（パッチパターン６２とグランドパターン６４との距離）、給電点６３の位置、及び、給電点６３の数といったパラメータを変更する。

【0036】

基板６１の表裏にパッチパターン６２及びグランドパターン６４が形成されるパッチアンテナ６０では、所望の共振周波数を得るのに、上記のパラメータを変更し、手間がかかる。

【0037】

これに対し、図１及び図２に示すパッチアンテナ１は、以下で説明するように、誘電部材４１の位置によって、動作特性が変更される。これにより、パッチアンテナ１は、所望の動作特性を容易に実現できる。

【0038】

以下、パッチアンテナ１の動作特性の実現方法について説明する。

【0039】

＜基本動作例＞
図５は、パッチアンテナ１の基本動作例を説明する図である。図５の（Ａ）には、側方から見たパッチアンテナ１が示してある。図５の（Ｂ）には、上方から見たパッチパターン１２が示してある。図５において、図１及び図２と同じ構成要素には、同じ符号が付してある。なお、図５では、図１及び図２に示した一部構成要素の図示を省略している。

【0040】

図５に示すパッチアンテナ１では、誘電部材４１が配置されていない。図５の（Ｂ）に示す矢印Ａ５ａは、パッチパターン１２に流れる電流を示す。

【0041】

図６は、図５に示すパッチアンテナ１の周波数特性を示した図である。図６の（Ａ）には、電流振幅の周波数特性が示してある。図６の（Ｂ）には、電流位相の周波数特性が示してある。

【0042】

図６の（Ａ）に示すように、誘電部材４１が無いときのパッチアンテナ１の共振周波数は、ｆ０である。

【0043】

図６の（Ｂ）に示すように、パッチアンテナ１の共振周波数ｆ０における位相は、０となる。図６の（Ｂ）に示すように、共振周波数ｆ０より小さい周波数では、信号源（ＲＦ回路６５）の電流の位相に対し、パッチアンテナ１に流れる電流の位相が進みＣ性を有する。共振周波数ｆ０より大きい周波数では、位相が遅れＬ性を有する。

【0044】

＜共振周波数の設定例＞
図７は、パッチアンテナ１の共振周波数の設定例を説明する図である。図７の（Ａ）には、側方から見たパッチアンテナ１が示してある。図７の（Ｂ）には、上方から見たパッチパターン１２が示してある。図７において、図５と同じ構成要素には、同じ符号が付してある。

【0045】

図７に示すパッチアンテナ１では、パッチパターン１２とグランドパターン２２との間に誘電部材４１が配置される。例えば、誘電部材４１は、図７の（Ｂ）の点線Ａ７ｂに示す位置に配置される。具体的には、誘電部材４１は、パッチパターン１２の長さ方向（図７の左右方向）にある２つの辺のうち、給電点１３から遠い方の辺であって、パッチパターン１２とグランドパターン２２との間に配置される。そして、誘電部材４１は、パッチパターン１２の幅方向（図７の上下方向）にわたって配置される。

【0046】

図８は、図７に示すパッチアンテナ１の周波数特性を示した図である。図８の（Ａ）には、電流振幅の周波数特性が示してある。図８の（Ｂ）には、電流位相の周波数特性が示してある。図８には、誘電部材４１が無い場合（基本動作）の共振周波数ｆ０も示してある。

【0047】

図７に示したように、パッチパターン１２とグランドパターン２２との間に誘電部材４１が配置された場合、パッチアンテナ１の共振周波数が下がる。例えば、図８の（Ａ）のｆ０’に示すように、パッチアンテナ１の共振周波数は、誘電部材４１が無い場合（基本動作）の共振周波数ｆ０よりも下がる。

【0048】

誘電部材４１が、パッチパターン１２とグランドパターン２２との間に配置されることによって、図７の（Ｂ）の矢印Ａ７ａに示す電流の波長は、誘電部材４１が配置されない場合よりも波長圧縮がかかる。これにより、パッチアンテナ１の共振周波数が下がる。

【0049】

パッチアンテナ１の共振周波数は、誘電部材４１の位置を変えることにより、様々な値に設定できる。例えば、パッチアンテナ１の共振周波数を、より下げる場合には、図７に示した誘電部材４１を、電界が強くなるパッチパターン１２の開放端側に向けて移動させる。誘電部材４１を、パッチパターン１２の開放端側に向けて移動させることにより、矢印Ａ７ａに示す電流の波長が長くなり、パッチアンテナ１の共振周波数が下がる。

【0050】

また、パッチアンテナ１の共振周波数は、例えば、誘電部材４１の幅（図７の（Ａ）の左右方向の長さ）を変えることにより、様々な値に設定できる。例えば、パッチアンテナ１の共振周波数を、より下げる場合には、図７に示した誘電部材４１の幅を広くする。誘電部材４１の幅を広くすることにより、誘電部材４１の電界に対する作用面積が大きくなり、矢印Ａ７ａに示す電流の波長が長くなって、パッチアンテナ１の共振周波数が下がる。特に、電界が強くなるパッチパターン１２の開放端側における誘電部材４１の幅を大きくする（伸ばす）ことにより、パッチアンテナ１の共振周波数は大きく下がる。

【0051】

このように、誘電部材４１の位置又は幅（大きさ）を変えることによって、容易にパッチアンテナ１の共振周波数を設定できる。

【0052】

なお、誘電部材４１は、パッチパターン１２の４つの辺のうち、少なくとも１つの辺に沿って（１つの辺と平行に）、パッチパターン１２とグランドパターン２２との間に配置されてもよい。

【0053】

なお、パッチパターン１２の電流と直交する辺は、電界及び電圧が大きい。従って、電流と直交する辺に沿ってパッチパターン１２を配置した場合、パッチアンテナ１の共振周波数を大きく変えることができる。すなわち、電流と直交する辺に沿ってパッチパターン１２を配置した場合、粗調整ができる。また、パッチパターン１２の電流と平行する辺は、電界及び電圧が小さい。従って、電流と平行する辺に沿ってパッチパターン１２を配置した場合、パッチアンテナ１の共振周波数を小さく変えることができる。すなわち、電流と平行する辺に沿ってパッチパターン１２を配置した場合、微調整ができる。

【0054】

＜共振周波数の複数化＞
パッチアンテナ１は、誘電部材４１の位置によって、共振周波数が複数化される。例えば、パッチアンテナ１は、誘電部材４１の位置によって、共振周波数が２周波化される。

【0055】

図９は、パッチアンテナ１の共振周波数の複数化の一例を説明する図である。図９の（Ａ）には、側方から見たパッチアンテナ１が示してある。図９の（Ｂ）には、上方から見たパッチパターン１２が示してある。図９において、図５と同じ構成要素には、同じ符号が付してある。

【0056】

図９に示すパッチアンテナ１では、誘電部材４１が配置される。例えば、誘電部材４１は、図９の（Ｂ）に示す位置に配置される。具体的には、誘電部材４１は、パッチパターン１２の２つの対角線のうち、一方の対角線であって、その対角線の端部におけるパッチパターン１２とグランドパターン２２との間に配置される。別言すれば、誘電部材４１は、パッチパターン１２の角部において、パッチパターン１２とグランドパターン２２との間に配置される。

【0057】

図１０は、図９に示すパッチアンテナ１の周波数特性を示した図である。図１０の（Ａ）には、電流振幅の周波数特性が示してある。図１０の（Ｂ）には、電流位相の周波数特性が示してある。

【0058】

図９に示したように、対角線上において、パッチパターン１２とグランドパターン２２との間に誘電部材４１が配置された場合、パッチパターン１２の電界が歪み、また、パッチパターン１２に流れる電流が分流される。例えば、パッチパターン１２に流れる電流は、図９の（Ｂ）の矢印Ａ９ａ，Ａ９ｂに示すように、パッチパターン１２の対角線方向において２つに分流される。このため、図９に示したパッチアンテナ１は、図１０の（Ａ）に示すように、２つの共振周波数ｆ１，ｆ２を有する。また、パッチアンテナ１は、図１０の（Ｂ）に示すように、共振周波数ｆ１，ｆ２において、位相が０となる。

【0059】

図９の（Ｂ）の矢印Ａ９ａに示す電流の波長は、誘電部材４１によって、矢印Ａ９ｂに示す電流の波長より、波長圧縮がかかる。これにより、矢印Ａ９ａに示す電流の共振周波数ｆ１は、矢印Ａ９ｂに示す電流の共振周波数ｆ２より低くなる。

【0060】

パッチアンテナ１の２つの共振周波数ｆ１，ｆ２の間隔は、誘電部材４１の位置を変えることにより、変更できる。例えば、パッチアンテナ１の２つの共振周波数ｆ１，ｆ２を、より離すには、図９に示した誘電部材４１を、電界が強くなるパッチパターン１２の開放端側（対角線の端）に向けて移動させる。誘電部材４１を、パッチパターン１２の開放端側に向けて移動させることにより、共振周波数ｆ１がより下がる。共振周波数ｆ１が下がることによって、共振周波数ｆ１に対応する位相０の周波数も下がる。

【0061】

また、パッチアンテナ１の２つの共振周波数ｆ１，ｆ２は、例えば、誘電部材４１の幅（パッチパターン１２の対角線方向における長さ）を変えることにより、変更できる。例えば、２つの共振周波数ｆ１，ｆ２を、より離すには、図９の（Ｂ）に示した誘電部材４１の、パッチパターン１２の対角線方向における幅を広くする。誘電部材４１の幅を広くすることにより、誘電部材４１の電界に対する作用面積が大きくなり、矢印Ａ９ａに示す電流の波長が長くなって、共振周波数ｆ１が下がる。特に、電界が強くなるパッチパターン１２の開放端側における誘電部材４１の幅を大きくする（伸ばす）ことにより、パッチ共振周波数ｆ１は大きく下がる。

【0062】

なお、図９では、２つの対角線のうちの１つの対角線において、誘電部材４１を配置したが、２つの対角線の両方に誘電部材４１を配置してもよい。この場合、２つの共振周波数ｆ１，ｆ２それぞれを変更できる。また、誘電部材４１は、パッチパターン１２の４角に配置されてもよい。

【0063】

このように、パッチパターン１２の対角線上に誘電部材４１を配置することによって、パッチアンテナ１の共振周波数を複数化できる。また、誘電部材４１の位置又は大きさを変えることによって、複数化した共振周波数を容易に変更できる。

【0064】

＜広帯域化＞
図９及び図１０で説明したように、パッチアンテナ１は、誘電部材４１の位置によって、共振周波数が複数化される。また、複数化された共振周波数は、誘電部材４１の位置によって、その共振周波数が変更される。従って、パッチアンテナ１は、誘電部材４１の位置によって、複数化された共振周波数を近づけることにより、広帯域化される。

【0065】

図１１は、パッチアンテナ１の共振周波数における広帯域化の一例を説明する図である。図１１において、図９と同じ構成要素には、同じ符号が付してある。

【0066】

図１１に示すパッチアンテナ１は、図９と同様に、誘電部材４１が対角線上に配置される。ただし、図１１に示すパッチアンテナ１は、図９に示したパッチアンテナ１に対し、誘電部材４１が、パッチパターン１２との重なりが小さくなるように配置される。

【0067】

図１２は、図１１に示すパッチアンテナ１の周波数特性を示した図である。図１２の（Ａ）には、電流振幅の周波数特性が示してある。図１２の（Ｂ）には、電流位相の周波数特性が示してある。

【0068】

図１１に示すパッチアンテナ１は、２つの共振周波数を有する。ただし、図１１に示すパッチアンテナ１の２つの共振周波数は、図１２の（Ａ）に示すように、２つの共振周波数ｆ１，ｆ２間の距離が、図１０の（Ａ）に示した２つの共振周波数ｆ１，ｆ２間の距離より小さい。

【0069】

上記したように、図１１に示すパッチアンテナ１は、図９に示したパッチアンテナ１に対し、誘電部材４１が、パッチパターン１２との重なりが小さくなるように配置される。そのため、誘電部材４１の電界に対する作用面積が小さくなり、２つの共振周波数間の距離が小さくなる。

【0070】

なお、誘電部材４１を、例えば、電界が小さくなるパッチパターン１２の中心に近づけるにつれ、図１２の（Ａ）に示す実線の波形は、一点鎖線の波形に近づき、やがて１つの波形になる。図１２の（Ｂ）に示す位相の波形も同様に１つの波形となる。

【0071】

このように、パッチパターン１２の対角線上に配置される誘電部材４１の位置又は大きさを調整することによって、パッチアンテナ１の共振周波数を広帯域化できる。

【0072】

＜円偏波（左旋）＞
図９及び図１０で説明したように、パッチアンテナ１は、誘電部材４１の位置によって、共振周波数が複数化される。また、複数化された共振周波数は、誘電部材４１の位置によって、その共振周波数が変更され、位相も変更される。従って、パッチアンテナ１は、誘電部材４１の位置によって、複数化された共振周波数の位相を調整することにより、円偏波を設定できる。

【0073】

図１３は、パッチアンテナ１の円偏波例を説明する図である。図１３において、図９と同じ構成要素には、同じ符号が付してある。図１３の（Ｂ）に示す点線Ａ１３ａは、パッチパターン１２とグランドパターン２２との間に配置される誘電部材４１を示す。

【0074】

図１３に示すパッチアンテナ１は、図９と同様に、誘電部材４１が対角線上に配置される。ただし、図１３に示すパッチアンテナ１は、図９に示したパッチアンテナ１に対し、２つの振幅周波数特性の交点の周波数における２つの位相の位相差が９０度となるように、誘電部材４１が配置される。

【0075】

誘電部材４１は、パッチパターン１２の２つの対角線の４つの端のうち、給電点１３から見て遠くにある２つの端であって、左側の端を有する対角線上に配置される。例えば、図１３の（Ｂ）において、２つの対角線を示す２つの２点鎖線Ａ１３ｂ，Ａ１３ｃの４つの端のうち、給電点１３から見て遠くにある２つの端（矢印Ａ１３ｄ，Ａ１３ｅに示す端）であって、左側の端（矢印Ａ１３ｄに示す端）を有する対角線上（２点鎖線Ａ１３ｂ上）に、誘電部材４１は配置される。別言すれば、給電点１３から最も離れたパッチパターン１２の辺の２つの端（矢印Ａ１３ｄ，Ａ１３ｅに示す端）のうち、給電点１３から見て、左側の端（角）において、誘電部材４１は配置される。これにより、円偏波は、左旋する。

【0076】

また、誘電部材４１が、パッチパターン１２の２つの対角線の４つの端のうち、給電点１３から見て近くにある２つの端であって、右側の端（２点鎖線Ａ１３ｂ上の矢印Ａ１３ｄに示す端とは反対側の端）を有する対角線上に配置される場合も、円偏波は、右旋する。

【0077】

図１４は、図１３に示すパッチアンテナ１の周波数特性を示した図である。図１４の（Ａ）には、電流振幅の周波数特性が示してある。図１４の（Ｂ）には、電流位相の周波数特性が示してある。

【0078】

図１３に示すパッチアンテナ１は、図１０に示した周波数特性と同様に、２つの共振周波数を有する。ただし、図１３に示すパッチアンテナ１は、２つの振幅周波数特性の交点の周波数における２つの位相の位相差が９０度となる。例えば、図１４の（Ａ）に示すように、２つの振幅周波数特性の交点の周波数は、ｆ０である。周波数ｆ０における２つの位相差が、図１４の（Ｂ）に示すように９０度となるよう、誘電部材４１は、パッチパターン１２の２つの対角線のうち、一方の対角線上において配置される。

【0079】

このように、パッチパターン１２の対角線上に配置される誘電部材４１の位置を調整することによって、左旋円偏波を設定できる。

【0080】

なお、図１４に示す周波数ｆ０（円偏波の周波数）は、変更できる。例えば、図１３の（Ｂ）の矢印Ａ１３ｅにて示す端（角）にも、誘電部材４１を配置する。２つの角に配置した誘電部材４１の位置を変更し、左旋円偏波を実現する。そして、左旋円偏波を維持しながら、２つの角に配置された誘電部材４１の位置を変更し、周波数ｆ０を変更する。

【0081】

＜円偏波（右旋）＞
円偏波を右旋させる場合について説明する。

【0082】

図１５は、パッチアンテナ１の円偏波例を説明する図である。図１５において、図１３と同じ構成要素には、同じ符号が付してある。図１５の（Ｂ）に示す点線Ａ１５ａは、パッチパターン１２とグランドパターン２２との間に配置される誘電部材４１を示す。

【0083】

図１５に示すパッチアンテナ１は、図１３と同様に、誘電部材４１が対角線上に配置される。ただし、図１５に示すパッチアンテナ１は、図１３に示したパッチアンテナ１に対し、誘電部材４１が配置される位置が異なる。

【0084】

誘電部材４１は、パッチパターン１２の２つの対角線の４つの端のうち、給電点１３から見て遠くにある２つの端であって、右側の端を有する対角線上に配置される。例えば、図１５の（Ｂ）において、２つの対角線を示す２つの２点鎖線Ａ１５ｂ，Ａ１５ｃの４つの端のうち、給電点１３から見て遠くにある２つの端（矢印Ａ１５ｄ，Ａ１５ｅに示す端）であって、右側の端（矢印Ａ１５ｅに示す端）を有する対角線上（２点鎖線Ａ１５ｃ上）に、誘電部材４１は配置される。別言すれば、給電点１３から最も離れたパッチパターン１２の辺の２つの端（矢印Ａ１５ｄ，Ａ１５ｅに示す端）のうち、給電点１３から見て、右側の端（角）において、誘電部材４１は配置される。これにより、円偏波は、右旋する。

【0085】

また、誘電部材４１が、パッチパターン１２の２つの対角線の４つの端のうち、給電点１３から見て近くにある２つの端であって、左側の端（２点鎖線Ａ１５ｃ上の矢印Ａ１５ｅに示す端とは反対側の端）を有する対角線上に配置される場合も、円偏波は、右旋する。

【0086】

図１６は、図１５に示すパッチアンテナ１の周波数特性を示した図である。図１６の（Ａ）には、電流振幅の周波数特性が示してある。図１６の（Ｂ）には、電流位相の周波数特性が示してある。

【0087】

図１５に示すパッチアンテナ１は、図１０に示した周波数特性と同様に、２つの共振周波数を有する。ただし、図１５に示すパッチアンテナ１は、２つの振幅周波数特性の交点の周波数における２つの位相の位相差が９０度となる。例えば、図１６の（Ａ）に示すように、２つの振幅周波数特性の交点の周波数は、ｆ０である。周波数ｆ０における２つの位相差が、図１６の（Ｂ）に示すように９０度となるよう、誘電部材４１は、パッチパターン１２の２つの対角線のうち、一方の対角線上において配置される。

【0088】

このように、パッチパターン１２の対角線上に配置される誘電部材４１の位置を調整することによって、左旋円偏波を設定できる。

【0089】

なお、図１６に示す周波数ｆ０（円偏波の周波数）は、変更できる。例えば、図１５の（Ｂ）の矢印Ａ１５ｄにて示す端（角）にも、誘電部材４１を配置する。２つの角に配置した誘電部材４１の位置を変更し、右旋円偏波を実現する。そして、右旋円偏波を維持しながら、２つの角に配置された誘電部材４１の位置を変更し、周波数ｆ０を変更する。

【0090】

＜実施の形態のまとめ＞
以上説明したように、パッチアンテナ１は、グランドパターン２２と、グランドパターン２２に対向して配置されるパッチパターン１２と、グランドパターン２２とパッチパターン１２との間に配置される誘電部材４１と、を備える。誘電部材４１は、パッチパターン１２からグランドパターン２２に向かう方向から見て、パッチパターン１２の一部と重なるように配置される。

【0091】

これにより、パッチアンテナ１は、所望の動作特性を容易に実現できる。例えば、グランドパターン２２とパッチパターン１２との間に配置される誘電部材４１の位置を変えることにより、所望の動作特性を容易に実現できる。

【0092】

また、パッチアンテナ１は、誘電部材４１の位置によって、様々な動作特性が実現される。従って、例えば、求められる様々な動作特性に対し、誘電部材４１の位置を決定すればよく、他の部材（基板１１、パッチパターン１２、給電点１３、基板２１、グランドパターン２２、スペーサ３１、及び、誘電部材４１）を、求められる動作特性ごとに設計しなくて済む。

【0093】

また、誘電部材４１は、パッチパターン１２の一部と重なるように、グランドパターン２２とパッチパターン１２との間に配置される。従って、パッチアンテナ１は、誘電部材４１による誘電損失を抑制できる。

【0094】

＜変形例１＞
上記では、パッチパターン１２は基板１１に形成され、グランドパターン２２は、基板２１に形成されるとしたが、これに限られない。パッチパターン１２は、例えば、金属板単体で形成されてもよく、基板１１に形成されなくてもよい。グランドパターン２２は、例えば、金属板単体で形成されてもよく、基板２１に形成されなくてもよい。

【0095】

＜変形例２＞
上記では、誘電部材４１は、パッチパターン１２とグランドパターン２２との間に配置されるとしたが、これに限られない。誘電部材４１は、パッチパターン１２とグランドパターン２２との間でなく、パッチパターン１２の周辺に配置されてもよい。パッチパターン１２の周辺であっても、電界が及ぶ場所が存在し、そのような場所に誘電部材４１が配置された場合、パッチアンテナ１の動作特性を変えることができる。

【産業上の利用可能性】

【0096】

本開示のパッチアンテナは、例えば、ミリ波レーダ又は全球測位衛星システムといった通信装置に利用できる。

【符号の説明】

【0097】

１ パッチアンテナ
１１，２１ 基板
１２ パッチパターン
１３ 給電点
２２ グランドパターン
３１ スペーサ
４１ 誘電部材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】