JP6237348B2 - Planar antenna - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、平面アンテナに関する。 The present invention relates to a planar antenna, for example.
近年、波長がミリメートルオーダーとなる、ミリ波と呼ばれる電磁波、または波長がサブミリメートルオーダーとなる、サブミリ波と呼ばれる電磁波を、レーダー装置、イメージング装置あるいは無線通信機器に適用することが研究されている。このような波長を持つ電磁波の周波数は、100GHz以上にもなる。そのため、このような波長を持つ電磁波を送信または受信するアンテナを備えた装置において、半導体集積回路の信号入出力部における信号損失が大きくなる。そこで、アンテナと半導体集積回路間の信号伝送損失を抑制することが好ましい。 In recent years, research has been conducted on applying an electromagnetic wave called millimeter wave having a wavelength of millimeter order or an electromagnetic wave called sub millimeter wave having a wavelength of submillimeter order to a radar device, an imaging device, or a wireless communication device. The frequency of electromagnetic waves having such a wavelength is 100 GHz or more. Therefore, in an apparatus including an antenna that transmits or receives an electromagnetic wave having such a wavelength, signal loss at the signal input / output unit of the semiconductor integrated circuit increases. Therefore, it is preferable to suppress signal transmission loss between the antenna and the semiconductor integrated circuit.
そこで、半導体集積回路との接続が比較的容易で、信号伝送損失を抑制可能なアンテナとして、テーパードスロットアンテナといった平面アンテナが提案されている（例えば、特許文献１及び２を参照）。テーパードスロットアンテナでは、電磁波の放射端に近づくにつれて幅が広くなるスロットが、電磁波の放射端に近づくにつれて幅が狭くなるテーパ状の二つの金属パターンの間に形成され、そのスロットから、スロットの長手方向に沿って電磁波が放射される。 Accordingly, a planar antenna such as a tapered slot antenna has been proposed as an antenna that can be relatively easily connected to a semiconductor integrated circuit and can suppress signal transmission loss (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In a tapered slot antenna, a slot that increases in width as it approaches the radiation end of the electromagnetic wave is formed between two tapered metal patterns whose width decreases as it approaches the radiation end of the electromagnetic wave. An electromagnetic wave is radiated along the direction.
ミリ波またはサブミリ波を利用する平面アンテナでは、高次の伝搬モードを持つ電磁波が伝搬することを抑制するために、平面アンテナが有する誘電体基板は薄型化されることが好ましい。 In a planar antenna using millimeter waves or submillimeter waves, it is preferable that the dielectric substrate included in the planar antenna be thinned in order to suppress propagation of electromagnetic waves having higher-order propagation modes.
一方、特許文献１に開示された平面アンテナのように、例えば、直交異方向放射特性を持たせるために、電磁波誘導路であるスロットラインに対応する位置の誘電体基板に切り込み部が形成されることがある。 On the other hand, as in the planar antenna disclosed in Patent Document 1, for example, a cut portion is formed in a dielectric substrate at a position corresponding to a slot line that is an electromagnetic wave guiding path in order to have orthogonal different direction radiation characteristics. Sometimes.
しかし、上記のように、誘電体基板が薄型化されている場合に、誘電体基板にこのような切り込み部が形成されると、誘電体基板に反りが生じてしまい、アンテナのテーパ部分の形状が設計形状と異なってしまうことがある。その結果として、アンテナ利得の低下、偏波面の変化、あるいはアンテナの指向性の劣化といった、アンテナ特性の劣化が生じてしまうおそれがあった。 However, as described above, when the dielectric substrate is thinned, if such a cut portion is formed in the dielectric substrate, the dielectric substrate is warped, and the shape of the taper portion of the antenna is formed. May be different from the design shape. As a result, the antenna characteristics may be degraded, such as a decrease in antenna gain, a change in polarization plane, or a degradation in antenna directivity.
そこで、本明細書は、基板に生じる反りを抑制可能な平面アンテナを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present specification is to provide a planar antenna that can suppress warpage generated in a substrate.
一つの実施形態によれば、平面アンテナが提供される。この平面アンテナは、誘電体により形成される基板と、基板の何れかの面に設けられ、電磁波を放射する側の基板の端部である放射端に近づくにつれて幅が狭くなる第１の金属パターンと、第１の金属パターンと、放射端に近づくにつれて幅が広くなり、かつ、放射端側に形成される開口から電磁波を放射するスロットを挟んで対向するように基板の何れかの面に設けられ、放射端に近づくにつれて幅が狭くなる第２の金属パターンと、第１の金属パターンが設けられた基板の面と反対側の面に設けられる第３の金属パターンと、第２の金属パターンが設けられた基板の面と反対側の面に設けられる第４の金属パターンとを有する。 According to one embodiment, a planar antenna is provided. The planar antenna includes a substrate formed of a dielectric, and a first metal pattern provided on any surface of the substrate and having a width that becomes narrower as it approaches the radiation end that is the end of the substrate on the side that radiates electromagnetic waves. And the first metal pattern is provided on any surface of the substrate so as to be opposed to the first metal pattern with a slot that radiates electromagnetic waves from an opening formed on the radiating end side as it approaches the radiating end. A second metal pattern that becomes narrower as it approaches the radiation end, a third metal pattern provided on a surface opposite to the surface of the substrate on which the first metal pattern is provided, and a second metal pattern And a fourth metal pattern provided on the opposite surface of the substrate.
本発明の目的及び利点は、請求項において特に指摘されたエレメント及び組み合わせにより実現され、かつ達成される。
上記の一般的な記述及び下記の詳細な記述の何れも、例示的かつ説明的なものであり、請求項のように、本発明を限定するものではないことを理解されたい。
The objects and advantages of the invention will be realized and attained by means of the elements and combinations particularly pointed out in the appended claims.
It should be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not restrictive of the invention as claimed.
本明細書に開示された平面アンテナは、基板に生じる反りを抑制できる。 The planar antenna disclosed in this specification can suppress warpage generated in the substrate.
以下、図を参照しつつ、様々な実施形態による、テーパードスロットアンテナとして動作する平面アンテナについて説明する。
この平面アンテナにおいて、スロットを形成する二つの金属パターン間により生じる基板の反りは、金属パターンと基板間に働く応力が原因と推定される。より詳しくは、金属パターンを形成する金属の熱膨張係数と基板を形成する誘電体の熱膨張係数の差により生じる応力、または、金属パターンの形成中に起こる相転移によって生じる金属パターン内の内部応力が、基板に反りを生じさせる原因と推定される。例えば、蒸着によって、基板上に金属パターンが形成されたとする。この場合、金属パターンの形成後の温度変化の際に、金属パターンを形成する材料と基板を形成する材料との間の熱膨張係数の差に応じて、金属パターンの体積変化量と基板の体積変化量との間に差が生じる。その結果として、基板が何れかの側に反る。例えば、金属パターンが基板の表面に形成されている場合、表面が凹状になり、基板の裏面が凸となるように基板が反る。逆に、金属パターンが基板の裏面に形成されている場合、裏面が凹状になり、基板の表面が凸となるように基板が反る。
Hereinafter, planar antennas that operate as tapered slot antennas according to various embodiments will be described with reference to the drawings.
In this planar antenna, the warpage of the substrate caused by the two metal patterns forming the slot is presumed to be caused by the stress acting between the metal pattern and the substrate. More specifically, the stress caused by the difference between the thermal expansion coefficient of the metal forming the metal pattern and the thermal expansion coefficient of the dielectric forming the substrate, or the internal stress in the metal pattern caused by the phase transition that occurs during the formation of the metal pattern Is presumed to be the cause of warping of the substrate. For example, it is assumed that a metal pattern is formed on the substrate by vapor deposition. In this case, when the temperature changes after the formation of the metal pattern, the amount of change in the volume of the metal pattern and the volume of the substrate depend on the difference in the coefficient of thermal expansion between the material forming the metal pattern and the material forming the substrate. There is a difference between the amount of change. As a result, the substrate is warped on either side. For example, when the metal pattern is formed on the surface of the substrate, the substrate warps so that the surface becomes concave and the back surface of the substrate becomes convex. Conversely, when the metal pattern is formed on the back surface of the substrate, the substrate warps so that the back surface is concave and the surface of the substrate is convex.
また、テーパードスロットアンテナとして動作する平面アンテナは、スロットの開口側から電磁波を放射するため、その開口近傍に他の物体があると、その物体がアンテナ特性に影響を与える。そのため、基板の反りを防止するために、スロットの開口近傍において、基板を他の物体に固定することは好ましくない。例えば、誘電体で形成された支持部材により、スロットの開口近傍において基板を固定すると、その支持部材の誘電損失により、平面アンテナの放射効率が低下する。
一方、平面アンテナが有する、スロットを挟む二つの金属パターンよりも外側の基板の端部、すなわち、基板の外側側面を支持部材に固定すると、平面アンテナのサイズが大きくなってしまう。一方、携帯用の機器といった、アンテナの設置スペースに限りがある装置に平面アンテナを実装する場合、アンテナサイズの大型化は好ましくない。
Further, since a planar antenna operating as a tapered slot antenna radiates electromagnetic waves from the opening side of the slot, if there is another object in the vicinity of the opening, the object affects the antenna characteristics. Therefore, in order to prevent the substrate from warping, it is not preferable to fix the substrate to another object in the vicinity of the opening of the slot. For example, when the substrate is fixed in the vicinity of the opening of the slot by the support member formed of a dielectric, the radiation efficiency of the planar antenna is reduced due to the dielectric loss of the support member.
On the other hand, if the end of the substrate outside the two metal patterns sandwiching the slot, that is, the outer side surface of the substrate is fixed to the support member, the size of the planar antenna is increased. On the other hand, when a planar antenna is mounted on a device having a limited antenna installation space, such as a portable device, it is not preferable to increase the antenna size.
そこで、本実施形態では、基板上のテーパードスロットアンテナを形成する金属パターンが形成された面と反対側の面にも金属パターンを設けることで、基板が反ることを抑制する。 Therefore, in this embodiment, the substrate is prevented from warping by providing the metal pattern on the surface opposite to the surface on which the metal pattern forming the tapered slot antenna on the substrate is formed.
図１（ａ）は、第１の実施形態による平面アンテナの透過平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）における矢印Aの方向から見た平面アンテナの正面図である。 FIG. 1A is a transmission plan view of the planar antenna according to the first embodiment, and FIG. 1B is a front view of the planar antenna viewed from the direction of arrow A in FIG.
平面アンテナ１は、基板１０と、テーパードスロットアンテナを形成する二つの金属パターン１１−１、１１−２と、基板１０の反りを抑制するための二つの金属パターン１２−１、１２−２とを有する。なお、以下では、説明の便宜上、テーパードスロットアンテナを形成する金属パターンをアンテナ金属パターンと呼び、基板１０の反りを抑制するための金属パターンをカウンター金属パターンと呼ぶ。また、説明の便宜上、平面アンテナ１と接続される集積回路（図示せず）が配置される側の基板１０の面を表面と呼び、表面と反対側の面を裏面と呼ぶ。
The planar antenna 1 includes a
基板１０は、アンテナ金属パターン１１−１、１１−２と、カウンター金属パターン１２−１、１２−２を支持する。基板１０は、誘電体により形成され、これにより、各アンテナ金属パターンと各カウンター金属パターンは互いに絶縁されている。例えば、基板１０は、ポリイミド、または、FR-4といったガラスエポキシ樹脂により形成される。あるいは、基板１０は、層状に形成可能な他の誘電体により形成されてもよい。
The
また、基板１０には、アンテナ金属パターン１１−１と１１−２の間に形成されたスロット１３内に、スロット１３の開口１３ａよりも基板１０の端部が給電側となる凹状の切り込み部１０ａが形成される。これにより、平面アンテナ１は、Ｅ面の指向性よりもＨ面の指向性を大きく変化させた電磁波放射特性を持つことができる。なお、切り込み部１０ａの形状は、例えば、略V字状または略U字状とすることができる。あるいは、特開２００９−５５４１４号公報に開示されているように、切り込み部１０ａの内部に突起部が形成されてもよい。
Further, in the
アンテナ金属パターン１１−１、１１−２は、例えば、銅、金、銀、ニッケルといった金属またはこれらの合金といった導電性を有する金属材料によって形成される。そしてアンテナ金属パターン１１−１、１１−２は、例えば、蒸着またはメッキによって基板１０の何れかの面を被覆するように設けられた金属薄膜をエッチングにより所望の形状にすることで形成される。本実施形態では、アンテナ金属パターン１１−１は、基板１０の表面に形成され、一方、アンテナ金属パターン１１−２は、基板１０の裏面に形成される。
The antenna metal patterns 11-1 and 11-2 are formed of a conductive metal material such as a metal such as copper, gold, silver, or nickel, or an alloy thereof. The antenna metal patterns 11-1 and 11-2 are formed by etching a metal thin film provided so as to cover any surface of the
アンテナ金属パターン１１−１は、スロット１３の開口１３ａが形成される側の基板１０の端部、すなわち、電磁波の放射端に近づくほど、幅が狭くなり、かつ、アンテナ金属パターン１１−１と１１−２間の間隔が拡がるように、テーパ状に形成される。同様に、アンテナ金属パターン１１−２は、スロット１３の開口１３ａが形成される側の基板１０の端部に近づくほど、幅が狭くなり、かつ、アンテナ金属パターン１１−１と１１−２間の間隔が拡がるように、テーパ状に形成される。これにより、アンテナ金属パターン１１−１と１１−２との間に、放射端に近づくほど幅が広くなるテーパ状のスロット１３が形成される。一方、放射端の反対側、すなわち、給電側において、アンテナ金属パターン１１−１、１１−２は、例えば、コプレーナ−スロット変換を行うバラン（図示せず）などを介して、集積回路（図示せず）と接続される。その集積回路は、平面アンテナ１を介して放射または受信される電磁波により搬送される信号を処理する。
The antenna metal pattern 11-1 becomes narrower as it approaches the end of the
平面アンテナ１では、矢印１０１に示される電磁波の放射方向（スロット１３の長手方向）に沿って、アンテナ金属パターン１１−１、１１−２の給電側から放射側へ向けて電磁波が伝搬する際に、電磁波の伝搬モードが自由空間を伝搬するモードに移り変わる。これにより、矢印１０１に示される電磁波の放射方向に沿って、スロット１３の開口１３ａ側から電磁波が放射される。
In the planar antenna 1, when the electromagnetic wave propagates from the feeding side to the radiation side of the antenna metal patterns 11-1 and 11-2 along the radiation direction of the electromagnetic wave indicated by the arrow 101 (longitudinal direction of the slot 13). The propagation mode of electromagnetic waves is changed to the mode of propagation in free space. Thereby, electromagnetic waves are radiated from the
また、アンテナ金属パターン１１−１、１１−２のそれぞれについて、矢印１０１に示される電磁波の放射方向に平行で、かつ、アンテナ金属パターンの他方と対向しない側の端部、すなわち、側面の端部には、コルゲート構造が形成されてもよい。コルゲート構造が形成されることにより、スロット１３の開口１３ａにおけるアンテナ金属パターン１１−１、１１−２の幅が狭くても、アンテナ特性の低下が抑制される。これは、アンテナ金属パターン１１−１、１１−２の側面の端部に形成されたコルゲート構造における凸部で反射された表面波と凹部で反射された表面波が互いに打ち消すことで、スロット１３から放射される電磁波への影響が抑制されるためである。
Further, for each of the antenna metal patterns 11-1 and 11-2, the end on the side that is parallel to the radiation direction of the electromagnetic wave indicated by the
なお、アンテナ金属パターン１１−１、１１−２のサイズ、形状及び材質と、基板１０のサイズ及び材質は、平面アンテナ１の用途及び使用する電磁波の波長に応じて決定されればよい。例えば、アンテナ金属パターン１１−１、１１−２のサイズ、形状及び材質と、基板１０のサイズ及び材質は、特開２００９−５５４１４号公報に開示された平面アンテナの対応する各部のサイズ、形状及び材質と同じであってもよい。
The size, shape and material of the antenna metal patterns 11-1 and 11-2 and the size and material of the
カウンター金属パターン１２−１は、アンテナ金属パターン１１−１と基板１０に働く応力による基板１０の反りを抑制するために、アンテナ金属パターン１１−１が設けられた基板１０の面とは反対側の面に設けられる。同様に、カウンター金属パターン１２−２は、アンテナ金属パターン１１−２が設けられた基板１０の面とは反対側の面に設けられる。本実施形態では、アンテナ金属パターン１１−１は、基板１０の表面に設けられるので、カウンター金属パターン１２−１は、基板１０の裏面に設けられる。また、アンテナ金属パターン１１−２は、基板１０の裏面に設けられるので、カウンター金属パターン１２−２は、基板１０の表面に設けられる。
The counter metal pattern 12-1 is on the side opposite to the surface of the
カウンター金属パターン１２−１、１２−２は、例えば、銅、金、銀、ニッケルといった金属またはこれらの合金といった金属材料によって形成される。カウンター金属パターン１２−１、１２−２の材質と、アンテナ金属パターン１１−１、１１−２の材質は異なっていてもよい。ただし、基板１０の反りを軽減するためには、アンテナ金属パターン１１−１、１１−２と基板１０間の応力と、カウンター金属パターン１２−１、１２−２と基板１０間の応力の差は小さい方が好ましい。そのため、カウンター金属パターン１２−１、１２−２の材質と、アンテナ金属パターン１１−１、１１−２の材質は同じであることが好ましい。
The counter metal patterns 12-1 and 12-2 are formed of a metal material such as a metal such as copper, gold, silver, or nickel, or an alloy thereof. The material of the counter metal patterns 12-1 and 12-2 may be different from the material of the antenna metal patterns 11-1 and 11-2. However, in order to reduce the warpage of the
また、電磁波の放射方向に沿って、カウンター金属パターン１２−１、１２−２は、基板１０の切り込み部１０ａの最深部よりも給電側から、スロット１３の開口１３ａまで延伸されることが好ましい。これにより、切り込み部１０ａにより分離された、電磁波の放射端側の基板１０の先端部の両面に金属パターンが形成されるので、基板１０が反りを生じることが抑制される。
Further, the counter metal patterns 12-1 and 12-2 are preferably extended from the power supply side to the
また、カウンター金属パターン１２−１、１２−２は、平面アンテナ１のアンテナ特性に影響しないように配置されることが好ましい。そのために、カウンター金属パターン１２−１、１２−２は、アンテナ金属パターン１１−１、１１−２よりも、スロット１３から離れた位置に配置されることが好ましい。本実施形態では、電磁波の放射方向と直交する方向に沿って、スロット１３とカウンター金属パターン１２−１の間にアンテナ金属パターン１１−１が挟まれるように、カウンター金属パターン１２−１は配置される。同様に、電磁波の放射方向と直交する方向に沿って、スロット１３とカウンター金属パターン１２−２の間にアンテナ金属パターン１１−２が挟まれるように、カウンター金属パターン１２−２は配置される。
The counter metal patterns 12-1 and 12-2 are preferably arranged so as not to affect the antenna characteristics of the planar antenna 1. Therefore, it is preferable that the counter metal patterns 12-1 and 12-2 are arranged at positions farther from the
本実施形態では、カウンター金属パターン１２−１は、その長手方向が電磁波の放射方向と略平行となり、かつ、アンテナ金属パターン１１−１のスロット１３と面しない方の端部と対向するように配置される。そのため、アンテナ金属パターン１１−１とカウンター金属パターン１２−１をそれぞれ基板１０の一方の面に垂直に投影したときに、カウンター金属パターン１２−１は、アンテナ金属パターン１１−１と重ならない。これにより、アンテナ金属パターン１１−１とカウンター金属パターン１２−１がキャパシタを形成することが防止される。そのため、アンテナ金属パターン１１−１を伝搬する電磁波がカウンター金属パターン１２−１に伝わって、平面アンテナ１のアンテナ特性に影響することが防止される。
In the present embodiment, the counter metal pattern 12-1 is arranged so that its longitudinal direction is substantially parallel to the radiation direction of the electromagnetic wave and faces the end of the antenna metal pattern 11-1 that does not face the
同様に、カウンター金属パターン１２−２は、その長手方向が電磁波の放射方向と略平行となり、かつ、アンテナ金属パターン１１−２のスロット１３と面しない方の端部と対向するように配置される。なお、以下では、説明の便宜上、アンテナ金属パターンにおける、電磁波の放射方向と略平行で、かつ、スロット１３と面しない方の端部を外側端部と呼ぶ。
Similarly, the counter metal pattern 12-2 is arranged so that its longitudinal direction is substantially parallel to the radiation direction of the electromagnetic wave and faces the end of the antenna metal pattern 11-2 that does not face the
なお、アンテナ金属パターン１１−１、１１−２の外側端部にコルゲート構造が形成されている場合、カウンター金属パターン１２−１、１２−２のアンテナ金属パターン１１−１、１１−２の対向する側の端部にも、コルゲート構造が形成されてもよい。これにより、アンテナ金属パターン１１−１、１１−２と基板１０との間に働く応力と、カウンター金属パターン１２−１、１２−２と基板１０の間に働く応力との差が小さくなるので、基板１０の反りがより抑制される。
In addition, when the corrugated structure is formed in the outer edge part of the antenna metal patterns 11-1 and 11-2, the antenna metal patterns 11-1 and 11-2 of the counter metal patterns 12-1 and 12-2 face each other. A corrugated structure may also be formed at the side end. As a result, the difference between the stress acting between the antenna metal patterns 11-1, 11-2 and the
図２（ａ）は、第１の実施形態の変形例による平面アンテナの透過平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）における矢印Bの方向から見た平面アンテナの正面図である。
この変形例による平面アンテナ２は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示された平面アンテナ１と比較して、アンテナ金属パターン２１−１及び２１−２が、ともに基板１０の同一の面に形成されている点で異なる。このように、平面アンテナ２では、アンテナ金属パターン２１−１、２１−２が、ともに基板１０の同一の面に形成されているため、カウンター金属パターン２２−１、２２−２も、基板１０の同一の面に形成される。すなわち、アンテナ金属パターン２１−１、２１−２が基板１０の表面に形成されていれば、カウンター金属パターン２２−１、２２−２は、基板１０の裏面に形成される。
2A is a transmission plan view of a planar antenna according to a modification of the first embodiment, and FIG. 2B is a front view of the planar antenna viewed from the direction of arrow B in FIG. It is.
Compared with the planar antenna 1 shown in FIGS. 1A and 1B, the
以上に説明してきたように、この平面アンテナでは、基板の両面に金属パターンが配置されるので、基板と金属パターン間に働く応力により、基板が反ることが防止される。そのため、この平面アンテナは、基板の反りによるアンテナ特性の劣化を抑制できる。 As described above, in this planar antenna, the metal pattern is disposed on both surfaces of the substrate, so that the substrate is prevented from warping due to the stress acting between the substrate and the metal pattern. Therefore, this planar antenna can suppress deterioration of antenna characteristics due to warping of the substrate.
次に、第２の実施形態による平面アンテナについて説明する。第２の実施形態による平面アンテナは、カウンター金属パターンに、対応するアンテナ金属パターンと同様の形状及びサイズを持たせることで、アンテナ金属パターンと基板間に働く応力と、カウンター金属パターンと基板間に働く応力の差を小さくする。 Next, a planar antenna according to the second embodiment will be described. In the planar antenna according to the second embodiment, the counter metal pattern has the same shape and size as the corresponding antenna metal pattern, so that stress acting between the antenna metal pattern and the substrate, and between the counter metal pattern and the substrate can be reduced. Reduce the difference in working stress.
図３（ａ）は、第２の実施形態による平面アンテナの透過平面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）における矢印Cの方向から見た平面アンテナの正面図である。
第２の実施形態による平面アンテナ３は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示された平面アンテナ１と比較して、カウンター金属パターン３２−１、３２−２の形状が異なる。
FIG. 3A is a transmission plan view of the planar antenna according to the second embodiment, and FIG. 3B is a front view of the planar antenna viewed from the direction of arrow C in FIG.
The planar antenna 3 according to the second embodiment differs from the planar antenna 1 shown in FIGS. 1A and 1B in the shapes of the counter metal patterns 32-1 and 32-2.
本実施形態では、電磁波の放射方向に沿った、スロット１３の開口１３ａからの任意の距離における、アンテナ金属パターン３１−１の幅と、対応するカウンター金属パターン３２−１の幅が等しくなるように、カウンター金属パターン３２−１は形成される。同様に、電磁波の放射方向に沿った、スロット１３の開口１３ａからの任意の距離における、アンテナ金属パターン３１−２の幅と、対応するカウンター金属パターン３２−２の幅が等しくなるように、カウンター金属パターン３２−２は形成される。図３（ａ）及び図３（ｂ）に示される例では、カウンター金属パターン３２−１、３２−２は、アンテナ金属パターン３１−１、３１−２に対して、電磁波の放射方向と平行な線に対して線対称な形状を有する。そのため、電磁波放射方向に沿った任意の位置における、アンテナ金属パターン３１−１、３１−２と基板１０間に働く応力と、カウンター金属パターン３２−１、３２−２と基板１０間に働く応力の差は小さくて済む。そのため、平面アンテナ３では、基板１０の反りがより良好に抑制される。
In the present embodiment, the width of the antenna metal pattern 31-1 and the width of the corresponding counter metal pattern 32-1 at an arbitrary distance from the
なお、この実施形態では、アンテナ金属パターン３１−１、３１−２とカウンター金属パターン３２−１、３２−２は、同一の材料で形成されることが好ましい。これにより、アンテナ金属パターンと基板１０間に働く応力と、アンテナ金属パターンに対応するカウンター金属パターンと基板１０間に働く応力との差がより小さくなる。
In this embodiment, the antenna metal patterns 31-1 and 31-2 and the counter metal patterns 32-1 and 32-2 are preferably formed of the same material. Thereby, the difference between the stress acting between the antenna metal pattern and the
また、変形例によれば、カウンター金属パターン３２−１、３２−２は、それぞれ、アンテナ金属パターン３１−１、３１−２と同じ形状及びサイズに形成されてもよい。 According to the modification, the counter metal patterns 32-1 and 32-2 may be formed in the same shape and size as the antenna metal patterns 31-1 and 31-2, respectively.
なお、基板１０の形状も、アンテナ金属パターン３１−１とカウンター金属パターン３２−１間の電磁波の放射方向に沿った中間線に対して線対称となるように、カウンター金属パターン３２−１の外側においても、基板１０はテーパ状に形成されてもよい。同様に、基板１０の形状も、アンテナ金属パターン３１−２とカウンター金属パターン３２−２間の電磁波の放射方向に沿った中間線に対して線対称となるように、カウンター金属パターン３２−２の外側においても、基板１０はテーパ状に形成されてもよい。
これにより、電磁波の放射方向と直交する方向における応力の分布がより均一になるので、基板１０の反りがより良好に抑制される。
It should be noted that the shape of the
Thereby, since the distribution of stress in the direction orthogonal to the radiation direction of the electromagnetic wave becomes more uniform, the warpage of the
図４（ａ）は、第２の実施形態の変形例による平面アンテナの透過平面図であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）における矢印Dの方向から見た平面アンテナの正面図である。
この変形例による平面アンテナ４は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示された平面アンテナ３と比較して、アンテナ金属パターン４１−１及び４１−２が、ともに基板１０の同一の面に形成されている点で異なる。このように、平面アンテナ４では、アンテナ金属パターン４１−１、４１−２が、ともに基板１０の同一の面に形成されているため、カウンター金属パターン４２−１、４２−２も、基板１０の同一の面に形成される。すなわち、アンテナ金属パターン４１−１、４１−２が基板１０の表面に形成されていれば、カウンター金属パターン４２−１、４２−２は、基板１０の裏面に形成される。
4A is a transmission plan view of a planar antenna according to a modification of the second embodiment, and FIG. 4B is a front view of the planar antenna viewed from the direction of arrow D in FIG. It is.
Compared with the planar antenna 3 shown in FIGS. 3A and 3B, the planar antenna 4 according to this modification has antenna metal patterns 41-1 and 41-2 that are identical to each other on the
次に、第３の実施形態による平面アンテナについて説明する。第３の実施形態による平面アンテナは、テーパードスロットアンテナを形成するアンテナ金属パターンの組を複数有し、一つの組のアンテナ金属パターンが、その組と隣接する他の組に対するカウンター金属パターンとして機能する。 Next, a planar antenna according to the third embodiment will be described. The planar antenna according to the third embodiment has a plurality of sets of antenna metal patterns forming a tapered slot antenna, and one set of antenna metal patterns functions as a counter metal pattern for another set adjacent to the set. .
図５（ａ）は、第３の実施形態による平面アンテナの透過平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）における矢印Eの方向から見た平面アンテナの正面図である。 FIG. 5A is a transmission plan view of the planar antenna according to the third embodiment, and FIG. 5B is a front view of the planar antenna viewed from the direction of arrow E in FIG.
第３の実施形態による平面アンテナ５は、テーパードスロットアンテナを形成するアンテナ金属パターンの組を複数有する。そして一つのテーパードスロットアンテナを形成するアンテナ金属パターンが、他のテーパードスロットアンテナを形成するアンテナ金属パターンに対するカウンター金属パターンとして機能する。
The
平面アンテナ５は、それぞれがテーパードスロットアンテナとして動作する、３個のアンテナ金属パターンの組５１〜５３を有する。アンテナ金属パターンの組５１〜５３は、それぞれの電磁波の放射方向が平行となるように、電磁波の放射方向と直交する方向に沿って並べて配置される。さらに、各アンテナ金属パターンの組から放射される電磁波が同方向となるように、各アンテナ金属パターンの組により形成されるテーパードスロットアンテナのスロットの開口が同じ方向を向くように、各アンテナ金属パターンの組は配置される。なお、平面アンテナが有する、アンテナ金属パターンの組は３個に限られず、アンテナ金属パターンの組の数は、平面アンテナの用途及び仕様に応じて決定されればよい。また、各組のアンテナ金属パターンは、他の組のアンテナ金属パターンと絶縁される。
The
アンテナ金属パターンの組５１は、基板１０の裏面に設けられたアンテナ金属パターン５１−１と、基板１０の表面に設けられたアンテナ金属パターン５１−２とを有する。アンテナ金属パターン５１−１、５１−２は、電磁波の放射端に近づくにつれて互いに離れるようにテーパ状に形成される。そのため、アンテナ金属パターン５１−１と５１−２の間に、電磁波の放射端に近づくにつれて幅が広くなるスロット５３−１が形成される。また、第１または第２の実施形態による平面アンテナにおける切り込み部と同様に、スロット５５−１内において、基板１０に切り込み部１０ａが形成される。
The set of
同様に、アンテナ金属パターンの組５２は、基板１０の裏面に設けられたアンテナ金属パターン５２−１と、基板１０の表面に設けられたアンテナ金属パターン５２−２とを有する。そして、アンテナ金属パターン５２−１と５２−２の間に、電磁波の放射端に近づくにつれて幅が広くなるスロット５５−２が形成される。また、スロット５５−２内において、基板１０に切り込み部１０ｂが形成される。さらに、アンテナ金属パターンの組５３は、基板１０の裏面に設けられたアンテナ金属パターン５３−１と、基板１０の表面に設けられたアンテナ金属パターン５３−２とを有する。そして、アンテナ金属パターン５３−１と５３−２の間に、電磁波の放射端に近づくにつれて幅が広くなるスロット５５−３が形成される。またスロット５５−３内において、基板１０に切り込み部１０ｃが形成される。
Similarly, the antenna metal pattern set 52 includes an antenna metal pattern 52-1 provided on the back surface of the
なお、各組のアンテナ金属パターンのサイズ、形状及び材質と、基板１０のサイズ、形状及び材質は、平面アンテナ５の用途及び使用する電磁波の波長に応じて決定されればよい。本実施形態では、アンテナ金属パターン５１−１、５２−１及び５３−１のサイズ、形状及び材質は同一とする。同様に、アンテナ金属パターン５１−２、５２−２及び５３−２のサイズ、形状及び材質は同一とする。さらに、同じ組に含まれる二つの金属パターンは、電磁波の放射方向に平行な線に対して互いに線対称となる形状を有する。
The size, shape, and material of each set of antenna metal patterns and the size, shape, and material of the
アンテナ金属パターン５２−１は、切り込み部１０ａと１０ｂの間に、アンテナ金属パターン５１−２とともに配置される。すなわち、アンテナ金属パターン５１−２は、基板１０の表面に設けられ、一方、アンテナ金属パターン５２−１は、基板１０の裏面に設けられる。これにより、アンテナ金属パターン５２−１は、アンテナ金属パターンの組５１により形成されるテーパードスロットアンテナに対するカウンター金属パターンとして機能する。逆に、アンテナ金属パターン５１−２は、アンテナ金属パターンの組５２により形成されるテーパードスロットアンテナに対するカウンター金属パターンとして機能する。したがって、切り込み部１０ａと１０ｂの間に挟まれた部分における、アンテナ金属パターン５１−２と基板１０間に働く応力と、アンテナ金属パターン５２−１と基板１０間に働く応力が釣り合うので、この部分が反ることが抑制される。
The antenna metal pattern 52-1 is disposed together with the antenna metal pattern 51-2 between the
同様に、アンテナ金属パターン５３−１は、切り込み部１０ｂと１０ｃの間に、アンテナ金属パターン５２−２とともに配置される。すなわち、アンテナ金属パターン５２−２は、基板１０の表面に設けられ、一方、アンテナ金属パターン５３−１は、基板１０の裏面に設けられる。これにより、アンテナ金属パターン５３−１は、アンテナ金属パターンの組５２により形成されるテーパードスロットアンテナに対するカウンター金属パターンとして機能する。逆に、アンテナ金属パターン５２−２は、アンテナ金属パターンの組５３により形成されるテーパードスロットアンテナに対するカウンター金属パターンとして機能する。したがって、切り込み部１０ｂと１０ｃの間に挟まれた部分における、アンテナ金属パターン５２−２と基板１０間に働く応力と、アンテナ金属パターン５３−１と基板１０間に働く応力が釣り合うので、この部分が反ることが抑制される。
Similarly, the antenna metal pattern 53-1 is disposed with the antenna metal pattern 52-2 between the
また、互いに他方のアンテナ金属パターンに対してカウンター金属パターンとして機能する二つのアンテナ金属パターンをそれぞれ基板１０の一方の面に垂直に投影したときに、その二つの金属パターンは互いに重ならないように配置されることが好ましい。例えば、アンテナ金属パターン５１−２とアンテナ金属パターン５２−１は、それぞれ基板１０の一方の面に垂直に投影されたときに、その二つの金属パターンが重ならないように配置される。同様に、アンテナ金属パターン５２−２とアンテナ金属パターン５３−１は、それぞれ基板１０の一方の面に垂直に投影されたときに、その二つの金属パターンが重ならないように配置される。
これにより、隣接する二つのアンテナ金属パターンがキャパシタを形成することが防止されるので、一方のテーパードスロットアンテナを伝搬する電磁波が、他方のテーパードスロットアンテナのアンテナ特性に影響することが防止される。
Further, when two antenna metal patterns that function as counter metal patterns with respect to the other antenna metal pattern are projected perpendicularly on one surface of the
This prevents two adjacent antenna metal patterns from forming a capacitor, thereby preventing electromagnetic waves propagating through one tapered slot antenna from affecting the antenna characteristics of the other tapered slot antenna.
また、スロット５５−１よりも外側に位置するアンテナ金属パターン５１−１には、隣接する他のテーパードスロットアンテナのアンテナ金属パターンが存在しない。そこで、アンテナ金属パターン５１−１と基板１０間に働く応力による基板１０の反りを抑制するために、基板１０の表面に、カウンター金属パターン５４−１が配置される。第２の実施形態による平面アンテナ３のカウンター金属パターンと同様に、カウンター金属パターン５４−１は、アンテナ金属パターンの組５１の電磁波の放射方向と平行な線について、アンテナ金属パターン５１−１と線対称な形状を有することが好ましい。またカウンター金属パターン５４−１が平面アンテナ５のアンテナ特性に影響しないように、カウンター金属パターン５４−１は、アンテナ金属パターン５１−１よりもスロット５５−１から離して配置される。
In addition, the antenna metal pattern 51-1 located outside the slot 55-1 does not have an antenna metal pattern of another adjacent tapered slot antenna. Therefore, in order to suppress warping of the
同様に、スロット５５−３よりも外側に位置するアンテナ金属パターン５３−２には、隣接する他のテーパードスロットアンテナのアンテナ金属パターンが存在しない。そこで、アンテナ金属パターン５３−２と基板１０間に働く応力による基板１０の反りを抑制するために、基板１０の裏面に、カウンター金属パターン５４−２が配置される。カウンター金属パターン５４−２は、アンテナ金属パターンの組５３の電磁波の放射方向と平行な線について、アンテナ金属パターン５３−２と線対称な形状を有することが好ましい。またカウンター金属パターン５４−２が平面アンテナ５のアンテナ特性に影響しないように、カウンター金属パターン５４−２は、アンテナ金属パターン５３−２よりもスロット５５−３から離して配置される。
Similarly, the antenna metal pattern 53-2 located outside the slot 55-3 does not have an antenna metal pattern of another adjacent tapered slot antenna. Therefore, in order to suppress warping of the
図６（ａ）は、第３の実施形態の変形例による平面アンテナの透過平面図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）における矢印Fの方向から見た平面アンテナの正面図である。
この変形例による平面アンテナ６は、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示された平面アンテナ５と比較して、それぞれのテーパードスロットアンテナを形成するアンテナ金属パターンの組が、基板１０の同一の面に設けられている点で異なる。この例では、平面アンテナ６は、３個のアンテナ金属パターンの組６１〜６３を有する。そして各組６１〜６３は、電磁波の放射方向と直交する方向に沿って並べて配置される。
6A is a transmission plan view of a planar antenna according to a modification of the third embodiment, and FIG. 6B is a front view of the planar antenna as viewed from the direction of arrow F in FIG. It is.
Compared with the
この３個の組のうち、アンテナ金属パターンの組６１及び６３は、基板１０の裏面に設けられ、組６１と６３の間に配置される、アンテナ金属パターンの組６２は、基板１０の表面に設けられる。また、組６１に含まれる、アンテナ金属パターン６１−１、６１−２の間に形成されるテーパ状のスロット６５−１内に切り込み部１０ａが形成される。同様に、組６２に含まれる、アンテナ金属パターン６２−１、６２−２の間に形成されるテーパ状のスロット６５−２内に切り込み部１０ｂが形成される。さらに、組６３に含まれる、アンテナ金属パターン６３−１、６３−２の間に形成されるテーパ状のスロット６５−３内に切り込み部１０ｃが形成される。そのため、切り込み部１０ａと切り込み部１０ｂの間に、アンテナ金属パターン６１−２と６２−１が配置される。そしてアンテナ金属パターン６１−２は基板１０の裏面に設けられ、一方、アンテナ金属パターン６２−１は基板１０の表面に設けられている。そのため、アンテナ金属パターン６１−２と基板１０間に働く応力と、アンテナ金属パターン６２−１と基板１０間に働く応力は互いに打ち消しあうので、基板１０の反りが抑制される。
Among these three sets, the antenna metal pattern sets 61 and 63 are provided on the back surface of the
同様に、切り込み部１０ｂと切り込み部１０ｃの間に、アンテナ金属パターン６２−２と６３−１が配置される。そしてアンテナ金属パターン６２−２は基板１０の表面に設けられ、一方、アンテナ金属パターン６３−１は基板１０の裏面に設けられている。そのため、アンテナ金属パターン６２−２と基板１０間に働く応力と、アンテナ金属パターン６３−１と基板１０間に働く応力は互いに打ち消しあうので、基板１０の反りが抑制される。
Similarly, the antenna metal patterns 62-2 and 63-1 are disposed between the
さらに、スロット６５−１よりも外側に位置するアンテナ金属パターン６１−１には、隣接する他のテーパードスロットアンテナのアンテナ金属パターンが存在しない。そこで、アンテナ金属パターン６１−１と基板１０間に働く応力による基板１０の反りを抑制するために、基板１０の表面に、カウンター金属パターン６４−１が配置される。
同様に、アンテナ金属パターン６３−２と基板１０間に働く応力による基板１０の反りを抑制するために、基板１０の表面に、カウンター金属パターン６４−２が配置される。
Further, the antenna metal pattern 61-1 positioned outside the slot 65-1 does not have an antenna metal pattern of another adjacent tapered slot antenna. Therefore, the counter metal pattern 64-1 is disposed on the surface of the
Similarly, a counter metal pattern 64-2 is disposed on the surface of the
以上に説明してきたように、第３の実施形態による平面アンテナでは、互いに隣接するテーパードスロットアンテナのうちの一方のアンテナ金属パターンが、他方のカウンター金属パターンとして機能する。そのため、この平面アンテナは、個々のテーパードスロットアンテナのそれぞれのアンテナ金属パターンごとにカウンター金属パターンを設けなくてもよい。そのため、この平面アンテナは、アレイ状に配置される複数のテーパードスロットアンテナ間の間隔を広げることなく、基板の反りを抑制できる。 As described above, in the planar antenna according to the third embodiment, one antenna metal pattern of the tapered slot antennas adjacent to each other functions as the other counter metal pattern. Therefore, this planar antenna does not need to provide a counter metal pattern for each antenna metal pattern of each tapered slot antenna. Therefore, this planar antenna can suppress the warpage of the substrate without increasing the interval between the plurality of tapered slot antennas arranged in an array.
なお、変形例によれば、スロット内において基板の切り込み部は形成されなくてもよい。この場合でも、アンテナ金属パターンと基板間に働く応力により基板に反りが生じるおそれがある。特に、二つのアンテナ金属パターンが基板の同じ面に配置される場合、同方向に応力が働くので、基板が反るおそれがある。そこで、切り込み部が形成されない場合でも、上記の実施形態のように、アンテナ金属パターンが設けられた面と反対側の面にカウンター金属パターンを設けることで、基板が反ることを抑制できる。 Note that, according to the modification, the cut portion of the substrate may not be formed in the slot. Even in this case, the substrate may be warped due to the stress acting between the antenna metal pattern and the substrate. In particular, when two antenna metal patterns are arranged on the same surface of the substrate, stress is applied in the same direction, so that the substrate may be warped. Therefore, even when the cut portion is not formed, it is possible to prevent the substrate from warping by providing the counter metal pattern on the surface opposite to the surface on which the antenna metal pattern is provided as in the above embodiment.
ここに挙げられた全ての例及び特定の用語は、読者が、本発明及び当該技術の促進に対する本発明者により寄与された概念を理解することを助ける、教示的な目的において意図されたものであり、本発明の優位性及び劣等性を示すことに関する、本明細書の如何なる例の構成、そのような特定の挙げられた例及び条件に限定しないように解釈されるべきものである。本発明の実施形態は詳細に説明されているが、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。 All examples and specific terms listed herein are intended for instructional purposes to help the reader understand the concepts contributed by the inventor to the present invention and the promotion of the technology. It should be construed that it is not limited to the construction of any example herein, such specific examples and conditions, with respect to showing the superiority and inferiority of the present invention. Although embodiments of the present invention have been described in detail, it should be understood that various changes, substitutions and modifications can be made thereto without departing from the spirit and scope of the present invention.
１〜６ 平面アンテナ
１０ 基板
１０ａ〜１０ｃ 切り込み部
１１−１、１１−２、２１−１、２１−２、３１−１、３１−２、４１−１、４１−２ アンテナ金属パターン
１２−１、１２−２、２２−１、２２−２、３２−１、３２−２、４２−１、４２−２ カウンター金属パターン
１３ スロット
５１〜５３、６１〜６３ アンテナ金属パターンの組
５１−１、５１−２、５２−１、５２−２、５３−１、５３−２ アンテナ金属パターン
６１−１、６１−２、６２−１、６２−２、６３−１、６３−２ アンテナ金属パターン
５５−１〜５５−３、６５−１〜６５−３ スロット
1-6
Claims (7)
前記基板の何れかの面に設けられ、電磁波を放射する側の前記基板の端部である放射端に近づくにつれて幅が狭くなる第１の金属パターンと、
前記第１の金属パターンと、前記放射端に近づくにつれて幅が広くなり、かつ、前記放射端側に形成される開口から電磁波を放射するスロットを挟んで前記第１の金属パターンと対向するように前記基板の何れかの面に設けられ、前記放射端に近づくにつれて幅が狭くなる第２の金属パターンと、
前記第１の金属パターンが設けられた前記基板の面と反対側の面に設けられ、かつ、前記スロットに対して前記第１の金属パターンと同じ側において前記第１の金属パターンよりも前記スロットから離れた位置に設けられる第３の金属パターンと、
前記第２の金属パターンが設けられた前記基板の面と反対側の面に設けられ、かつ、前記スロットに対して前記第２の金属パターンと同じ側、かつ、前記第３の金属パターンと反対側において前記第２の金属パターンよりも前記スロットから離れた位置に設けられる第４の金属パターンと、
を有する平面アンテナ。 A substrate formed of a dielectric;
A first metal pattern which is provided on any surface of the substrate and becomes narrower as it approaches an emission end which is an end of the substrate on the side of emitting an electromagnetic wave;
The first metal pattern is widened as it approaches the radiation end, and is opposed to the first metal pattern across a slot that radiates electromagnetic waves from an opening formed on the radiation end side. A second metal pattern provided on any surface of the substrate, the width of which decreases as it approaches the radiation end;
The slot is provided on a surface opposite to the surface of the substrate on which the first metal pattern is provided , and on the same side as the first metal pattern with respect to the slot than the first metal pattern. a third metal pattern that is provided in a position at a distance from the,
Provided on a surface opposite to the surface of the substrate on which the second metal pattern is provided , and on the same side as the second metal pattern with respect to the slot and opposite to the third metal pattern a fourth metal pattern than the second metal pattern that is provided at a position away from the slot at the side,
A planar antenna having
前記第３の金属パターンと、前記放射端に近づくにつれて幅が広くなり、かつ前記放射端側に形成される開口から電磁波を放射する第２のスロットを挟んで対向するように前記基板の何れかの面に設けられ、前記放射端に近づくにつれて幅が狭くなる第５の金属パターンをさらに有する、請求項１〜６の何れか一項に記載の平面アンテナ。 The third metal pattern becomes narrower as it approaches the radiation end,
Any one of the substrates so as to face the third metal pattern so as to face the second slot that radiates electromagnetic waves from an opening formed on the radiation end side, and becomes wider as approaching the radiation end. The planar antenna according to any one of claims 1 to 6 , further comprising a fifth metal pattern that is provided on the surface of the substrate and has a width that becomes narrower toward the radiation end.
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