JP6949640B2 - Array antenna board - Google Patents
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Description
本発明は、アレイアンテナ基板に関するものである。 The present invention relates to an array antenna substrate.
従来から、各種無線機器に用いられる小型の平面アンテナとして、誘電体基板を挟んで放射導体と接地導体を配置した、マイクロストリップアンテナあるいはパッチアンテナと呼ばれる平面アンテナが知られている。また、ゲインを向上させる目的で、このようなアンテナ素子が1つの誘電体基板に平面方向に複数配列したアレイアンテナ基板が知られている(例えば、特許文献1を参照。)。個々のアンテナ素子は給電線路導体を備えており、この給電線路に外部から給電する(信号電流を流す)ための線路が設けられる。従来のアレイアンテナ100においては、このような線路は、図17に示す例のような分波配線6であった。分波配線6は、隣接する一対のアンテナ素子領域101の給電線路導体4同士を接続するとともにアンテナ素子領域101の外側へ引き出されている第1分波配線61、第1分波配線61の外側に位置し、隣接する第1分波配線61同士を接続する第2分波配線62、第2分波配線の外側に位置し、隣接する第2分波配線62同士を接続する第3分波配線63を備えている。第3分波配線63の端部から給電線路導体4までは同じ長さに設定されており、このような分波配線6によって、1つのアレイ部102内の複数のアンテナ素子領域101に同時に給電することが可能となっている。
Conventionally, as a small flat antenna used in various wireless devices, a flat antenna called a microstrip antenna or a patch antenna in which a radiation conductor and a ground conductor are arranged with a dielectric substrate interposed therebetween has been known. Further, for the purpose of improving the gain, an array antenna substrate in which a plurality of such antenna elements are arranged in a plane direction on one dielectric substrate is known (see, for example, Patent Document 1). Each antenna element is provided with a feeding line conductor, and a line for supplying power from the outside (flowing a signal current) is provided in the feeding line. In the
従来のアレイアンテナ基板においては、分波配線6はアレイ部102から外側に引き出されていたため、アレイアンテナ基板100の平面視の大きさが大型になり易いものであった。これは、アレイアンテナ基板100のアンテナ素子の数が多いほど顕著となるものであった。また、この場合、できるだけ小型化するために、分波配線6端部はアレイアンテナ基板100の外縁(誘電体基板1の外縁)に位置するものであったので、信号伝送線路でもある分波配線6に外部からのノイズが侵入しやすく、これによってアンテナ特性が低下する可能性のあるものであった。
In the conventional array antenna board, since the
本開示のアレイアンテナ基板は、複数の誘電体層が積層されてなる誘電体基板と、放射導体、接地導体および給電線路導体が、この順で、間に前記誘電体層を挟んで互いに対向して配置されているアンテナ素子領域と、該アンテナ素子領域が複数個近接して配列されているアレイ部と、を備えており、前記複数のアンテナ素子領域は、前記給電線路導体に接続された分波配線により互いに電気的に接続されており、1つの前記アレイ部において、前記アンテナ素子領域は、2のn乗個(nは2以上の整数)が一列に並んでおり、前記分波配線は、隣接する一対の前記アンテナ素子領域の前記給電線路導体同士を接続する第1分波配線から隣接する一対の第(n−1)分波配線同士を接続する第n分波配線を含み、前記第1分波配線と前記第n分波配線とは異なる誘電体層間に設けられており、前記第1分波配線は、隣接する一対の前記給電線路導体に両端がそれぞれ接続されている第1接続部と、該第1接続部から前記給電線路導体に沿って伸びる第1引き出し部とを備え、前記第n分波配線は、隣接する一対の前記第(n−1)引き出し部同士を接続する第n接続部と該第n接続部から前記第(n−1)引き出し部とは反対方向に伸びる第n引き出し部を備えており、前記分波配線は、側面透視でつづら折り状になっており、平面透視で前記アレイ部内に位置して前記接地導体と重なっている。 In the array antenna substrate of the present disclosure, a dielectric substrate in which a plurality of dielectric layers are laminated, and a radiation conductor, a ground conductor, and a feeding line conductor face each other in this order with the dielectric layer interposed therebetween. The antenna element region is provided with an array portion in which a plurality of the antenna element regions are arranged in close proximity to each other, and the plurality of antenna element regions are connected to the feeding line conductor. They are electrically connected to each other by wave wiring, and in one array unit, the antenna element region has 2 nth powers (n is an integer of 2 or more) arranged in a row, and the demultiplexing wiring is The first demultiplexing wiring for connecting the feeding line conductors of the pair of adjacent antenna element regions to the nth demultiplexing wiring for connecting the pair of adjacent (n-1) demultiplexing wirings. A first demultiplexing wiring is provided between different dielectric layers of the first demultiplexing wiring and the nth demultiplexing wiring, and both ends of the first demultiplexing wiring are connected to a pair of adjacent feeding line conductors. The nth demultiplexing wiring includes a connecting portion and a first drawing portion extending from the first connecting portion along the feeding line conductor, and the nth demultiplexing wiring connects a pair of adjacent first (n-1) drawing portions to each other. The n-th connection portion and the n-th lead-out portion extending from the n-th connection portion in the direction opposite to the (n-1) lead-out portion are provided, and the demultiplexing wiring is foldable in a side view. It is located in the array portion in a plan view and overlaps with the ground conductor.
本開示の1つの態様のアレイアンテナ基板によれば、上記構成であることから、分波配線による平面視の大きさの増大がないので小型であり、アンテナ特性が向上したものとなる。 According to the array antenna substrate of one aspect of the present disclosure, since it has the above configuration, it is compact and the antenna characteristics are improved because the size of the plan view is not increased due to the demultiplexing wiring.
アレイアンテナ基板について、添付の図面を参照して説明する。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際にアレイアンテナ基板が使用されるときの上下を限定するものではない。図1は本開示のアレイアンテナ基板の一例を示し、図1(a)は上面図、図1(b)は図1(a)のB−B線における断面を示す断面図、図1(c)は図1(b)のC−C線における断面を示す断面図である。図2は、図1に示すアレイアンテナ基板における1つのアレイ部を切り出して分解して示す分解斜視図である。なお、図1および図2においては、説明の便宜上、xyz直交座標を付しており、以下、z方向の正側を上方として上面等の語を用いて説明する。図3以下についても同様のxyz直交座標を付している。 The array antenna substrate will be described with reference to the accompanying drawings. The distinction between the top and bottom in the following description is for convenience, and does not limit the top and bottom when the array antenna substrate is actually used. FIG. 1 shows an example of the array antenna substrate of the present disclosure, FIG. 1 (a) is a top view, FIG. 1 (b) is a cross-sectional view showing a cross section taken along the line BB of FIG. 1 (a), and FIG. 1 (c). ) Is a cross-sectional view showing a cross section taken along the line CC of FIG. 1 (b). FIG. 2 is an exploded perspective view showing one array portion of the array antenna substrate shown in FIG. 1 cut out and disassembled. In addition, in FIG. 1 and FIG. 2, xyz orthogonal coordinates are added for convenience of explanation, and the following description will be made using terms such as the upper surface with the positive side in the z direction as the upper side. Similar xyz Cartesian coordinates are attached to FIGS. 3 and below.
アレイアンテナ基板100は、複数層の誘電体層1aが積層されてなる誘電体基板1に、複数のアンテナ素子領域101が配列されたものである。アンテナ素子領域101は、誘電体基板1の上面側から順に、放射導体2、接地導体3および給電線路導体4を有しており、これらは誘電体層1aを挟んで互いに対向している。複数のアンテナ素子領域101は、複数個近接して配列されてアレイ部102を構成している。複数のアンテナ素子領域101は、給電線路導体4に接続された分波配線6により互いに電気的に接続されている。そして、分波配線6は、平面透視でアレイ部102内に位置して接地導体3と重なっている。なお、図1において、1つのアンテナ素子領域101は破線で囲んで示しており、1つのアレイ部102は二点鎖線で囲んで示している。
The
図1に示す例においては、4層の誘電体層1aが積層されてなる平面視形状が長方形の誘電体基板1にアンテナ素子領域101が配列されている。8つのアンテナ素子領域10
1が誘電体基板1の長さ方向(図面のx方向)に近接して配列されてアレイ部102が構成されている。また、2つのアレイ部102aが、誘電体基板1の幅方向(図面のy方向)に間隔をあけて配列されている。つまり、アレイアンテナ基板100は、16個のアンテナ素子領域101が配列されたものである。
In the example shown in FIG. 1, the
1s are arranged close to each other in the length direction (x direction in the drawing) of the
各アンテナ素子領域101は、誘電体基板1の上面に放射導体2を備え、各誘電体層1a間には誘電体基板1の上面側から接地導体3、給電線路導体4を備えている。図1に示す例においては、給電線路導体4が設けられている誘電体層1a間のさらに下方の誘電体層1a間に分波配線6が設けられている。分波配線6と各アンテナ素子領域101の給電線路導体4とは誘電体層1aを貫通する貫通導体5aで接続され、分波配線6と給電線路導体4とは電気的に接続されている。図2に示す例においては、貫通導体5aは破線で示し、両端の接続部を黒点で示している。分波配線6は、隣接する一対のアンテナ素子領域101の給電線路導体4同士を接続する第1分波配線61、隣接する一対の第1分波配線61同士を接続する第2分波配線62および隣接する一対の第2分波配線62同士を接続する第3分波配線63とで構成されており、その全体が平面透視でアレイ部102内に位置して接地導体3と重なっている。図1に示す例では、第3分波配線63は、誘電体基板1の表面(下面)に設けられた給電電極(符号なし)に貫通導体5aで電気的に接続されている。給電電極を外部回路に接続することで、外部回路から各アンテナ素子領域101へ給電することができる。図2以降においてはこの給電電極および給電電極を接続する貫通導体5aは省略している。
Each
上記のようなアレイアンテナ基板100によれば、分波配線6が平面透視でアレイ部102内に位置していることから、アンテナ素子領域101が配列されたアレイ部102より外側に分波配線6を配置するための領域を設けなくてよいので、アレイアンテナ基板100は小型のものになる。そして、分波配線6はアレイ部102のほぼ全域と重なる接地導体3と重なっていることから、分波配線6は、外部から侵入しようとするノイズに対するシールドとして機能する接地導体3に覆われるので、ノイズが侵入し難くなり、アンテナ特性が良好なアレイアンテナ基板100となる。
According to the
図3および図4は、アレイアンテナ基板におけるアレイ部の他の例を示す分解斜視図である。図2に示す例に対して、図3に示す例では、接地導体3は複数のアンテナ素子領域101間で接続され、アレイ部102全体と重なっている。このような構成の場合には、アレイ部102内において、アンテナ素子領域101間で接地導体3が途切れていないので、分波配線6の全体が接地導体3と重なることとなり、接地導体3によるシールド効果がより向上し、外部からのノイズが分波配線6により侵入し難くなり、アンテナ特性がより良好なアレイアンテナ基板100となる。
3 and 4 are exploded perspective views showing another example of the array portion in the array antenna substrate. In contrast to the example shown in FIG. 2, in the example shown in FIG. 3, the
さらに図4に示す例においては、2つのアレイ部102間でも接地導体3が接続されており、接地導体3は2つのアレイ部102とその間の部分まで覆うものとなっている。そのため、アレイ部102間から分波配線6へ侵入しようとするノイズに対してもシールド効果を有するものとなるので、アンテナ特性がさらに良好なアレイアンテナ基板100となる。
Further, in the example shown in FIG. 4, the
上述したように、分波配線6は、隣接する一対のアンテナ素子領域101の給電線路導体4同士を接続する第1分波配線61、隣接する一対の第1分波配線61同士を接続する第2分波配線62、隣接する一対の第2分波配線62同士を接続する第3分波配線63というようにアンテナ素子領域101の数に応じて階層が増加するような構成であり、図1〜図4に示す例のように、トーナメント表のような形状である。また、分波配線6の端部から各アンテナ素子領域101の給電線路導体4までの長さは同じ長さとするものである。そのため、1つのアレイ部102において、アンテナ素子領域101は、2のn乗個(
nは2以上の整数)が一列に並んでいる。このとき、分波配線6は、隣接する一対のアンテナ素子領域101の給電線路導体4同士を接続する第1分波配線61、および隣接する一対の第1分波配61線同士を接続する第2分波配線62から隣接する一対の第(n−1)分波配線同士を接続する第n分波配線を含むものとなる。
As described above, the
n) is an integer of 2 or more) in a row. At this time, the
図5はアレイアンテナ基板におけるアレイ部の他の例を示す分解斜視図である。図5に示す例は、図1〜図4に示す例とは、分波配線6の形態が異なっている。図1〜図4に示す例においては、1つのアレイ部102において2の3乗(23)個、すなわち8個のアンテナ素子領域101が一列に配列されている。分波配線6は、第1分波配線61から第3分波配線63までを含んでおり、全てが1つの絶縁層1a間に配置されている。これに対して、図5に示す例では、第1分波配線61と第2分波配線62および第3分波配線63とは異なる誘電体層1a間に配置されている。そのため第1分波配線61と第2分波配線62とは貫通導体5aで接続されている。つまり分波配線6は、第1分波配線61、第2分波配線62、第3分波配線63および貫通導体5aで構成されている。このように、第1分波配線61と第2分波配線62から第n分波配線とが異なる誘電体層1a間に設けられているアレイアンテナ基板100とすることができる。
FIG. 5 is an exploded perspective view showing another example of the array portion in the array antenna substrate. The example shown in FIG. 5 is different from the example shown in FIGS. 1 to 4 in the form of the
第1分波配線61〜第n分波配線のそれぞれの長さは、分波配線6で伝送する信号の波長に応じて設定される。1つの誘電体層1a間に第1分波配線61〜第n分波配線の全てを配置すると、特にアンテナ素子領域101の数が多い場合には、分波配線6の全体の大きさが大きくなってアレイ部102内に収まらない場合がある。あるいは、アレイ部102内に収めるために分波配線6を屈曲の多い形状にすると、信号の伝送損失が大きくなる場合がある。いずれにしてもアレイアンテナ基板100のアンテナ特性が低下してしまう場合がある。
The length of each of the
これに対して、第1分波配線61と第2分波配線62から第n分波配線とが異なる誘電体層1a間に設けられている場合には、分波配線6を2つ以上の誘電体層1a間にわけて配置することで、分波配線6全体の平面視の大きさを小さくすることができ、分波配線6が平面視でアレイ部102内に収まり、接地導体3に覆われるようにすることができる。また、分波配線6の第1〜第n分波配線の形状に関して設計の自由度が高くなるので、より損失の小さい形状とすることができる。そのため、アンテナ特性の良好なアレイアンテナ基板100とすることができる。
On the other hand, when the
図6はアレイアンテナ基板におけるアレイ部の他の例を示す分解斜視図である。図6に示す例においては、分波配線6が第1分波配線61〜第3分波配線63および貫通導体5aで構成されている点は同じであるが、第2分波配線62と第3分波配線63とが異なる誘電体層1a間に配置されている点が異なっている。そのため第2分波配線62と第3分波配線63とは貫通導体5aで接続されている。このように、第1分波配線61および第2分波配線62から前記第n分波配線が、それぞれ異なる誘電体層1a間に設けられているアレイアンテナ基板100とすることができる。この場合は、分波配線6の第1〜第n分波配線の形状に関して設計の自由度がさらに高くなるので、損失の小さい形状で分波配線6全体の平面視の大きさをさらに小さくすることができ、より小さいアンテナ素子領域101であっても分波配線6が平面視でアレイ部102内に収まり、接地導体3に覆われるようにすることができる。そのため、より小型で、アンテナ特性の良好なアレイアンテナ基板100とすることができる。
FIG. 6 is an exploded perspective view showing another example of the array portion in the array antenna substrate. In the example shown in FIG. 6, the
ここで、図5および図6に示す例では、第1分波配線61は、隣接する一対の給電線路導体4に両端がそれぞれ接続されている第1接続部61aと、第1接続部61aから給電線路導体4に沿って伸びる第1引き出し部61bとを備え、第2分波配線62は、隣接する一対の第1引き出し部61b同士を接続する第2接続部62aと、第2接続部62aか
ら第1引き出し部61bの伸びる方向とは反対方向に伸びる第2引き出し部62bとを備え、第3分波配線63は、隣接する一対の第2引き出し部62b同士を接続する第3接続部63aと、第3接続部63aから第2引き出し部62bの伸びる方向とは反対方向に伸びる第3引き出し部63bとを備えている。第1接続部61aから第3接続部63aはいずれもアンテナ素子領域101の配列方向(x方向)に伸びる直線状である。第1引き出し部61bは第1接続部61aの長さ方向の中心部からy方向(y軸の正方向)に伸びる直線状である。第2引き出し部62bは第2接続部62aの長さ方向の中心部から第1引き出し部61bとは反対方向であるy軸の負方向に伸びる直線状である。第3引き出し部63bは第3接続部63aの長さ方向の中心部から第2引き出し部62bとは反対方向であるy軸の正方向に伸びる直線状である。第1分波配線61から第3分波配線63は、それぞれx方向の直線状の接続部とy方向の直線状の引き出し部とが接続されたT字型である。このT字の向きが隣接する誘電体層1a間で反対になっている。
Here, in the examples shown in FIGS. 5 and 6, the
このように、第1分波配線61は、隣接する一対の給電線路導体4に両端がそれぞれ接続されている第1接続部61aと、第1接続部61aから給電線路導体4に沿って伸びる第1引き出し部61bとを備え、第2分波配線から第n分波配線はそれぞれ、隣接する一対の第1引き出し部61b同士を接続する第2接続部62aから隣接する一対の前記第n−1引き出し部同士を接続する第n接続部と、第2接続部62aから第1引き出し部61bとは反対方向に伸びる第2引き出し部62bから第n接続部から第n−1引き出し部とは反対方向に伸びる第n引き出し部とを備えているアレイアンテナ基板100とすることができる。
In this way, the
このような構成の場合には、アレイアンテナ基板100を側面透視すると、分波配線6はつづら折り状になっている。分波配線6の第1分波配線61から第n分波配線は互いに重なり合って配置されて互いに接続されているので、分波配線6はより小さいアレイ部102内に収めることができる。また、各誘電体層1a間において第1分波配線61から第n分波配線を、アンテナ素子領域101の配列方向と直交する方向、言い換えればアレイ部102の幅方向(y方向、)に最大限大きくすることができるので、設計の自由度がより高まり、より小型で、アンテナ特性の良好なアレイアンテナ基板100とすることができる。
In the case of such a configuration, when the
図7はアレイアンテナ基板におけるアレイ部の他の例を示す分解斜視図である。図7に示す例は、図3に示す例に対して、分波配線6が配置されている誘電体層1aの下方にさらに1層の誘電体層1aが積層され、分波配線6が配置されている誘電体層1a間より下方に位置する誘電体層1a間に第2接地導体7を備えている点が異なっている。これにより、分波配線6は上方の接地導体3と下方の第2接地導体7との間に位置している。第2接地導体7には開口部(符号なし)が設けられており、分波配線6(第3分波配線63)の端部と誘電体基板1の下面に設けられた給電電極とを接続する貫通導体5a(不図示)が、第2接地導体7と短絡しないようになっている。
FIG. 7 is an exploded perspective view showing another example of the array portion in the array antenna substrate. In the example shown in FIG. 7, one layer of the
このように、第2接地導体7をさらに備えており、誘電体層1aの積層方向において、分波配線6が第2接地導体7と接地導体3との間に位置しているアレイアンテナ基板100とすることができる。このような構成とすると、外部から侵入しようとするノイズに対するシールドとして機能する接地電位の導体が、上方の接地導体3に加えて下方にも第2接地導体7が存在することになる。アレイアンテナ基板10を外部回路基板等に搭載した際には、ノイズは主に上方から侵入することが多いが、下方からのノイズに対してもシールド効果を有するものとなり、よりアンテナ特性が向上したアレイアンテナ基板100となる。
As described above, the
図8および図9は、アレイアンテナ基板におけるアレイ部の他の例を示す分解斜視図で
ある。図8に示す例は、図5に示す例に対して、上記のように誘電体基板1の下面に第2接地導体7を設け、さらに第1分波配線61と第2分波配線62および第3分波配線63との間にも第2接地導体7(および誘電体層1a)を設けたものである。図9は図6に示す例に対して、上記のように誘電体基板1の下面に第2接地導体7を設け、さらに第1分波配線61と第2分波配線62との間および第2分波配線62と第3分波配線63との間にもそれぞれ第2接地導体7(および誘電体層1a)を設けたものである。これらの例においても、上記と同様に第2接地導体7には開口部(符号なし)が設けられている。
8 and 9 are exploded perspective views showing another example of the array portion in the array antenna substrate. In the example shown in FIG. 8, the
このように、第2接地導体7が、誘電体層1aの積層方向において、第1分波配線61から第n分波配線のそれぞれが設けられた誘電体層1a間の間に位置する誘電体層1a間にも設けられているアレイアンテナ基板100とすることができる。このような構成とすると、ノイズに対するシールドとして機能する接地電位の導体の間隔が小さいものとなり、その間に位置する分波配線6へのノイズの侵入をより効果的に抑えることができる。特に、1つのアレイ部102内のアンテナ素子領域101の数が多く、分波配線6を多数の誘電体層1a間に分けて配置する場合には、接地導体3と第2接地導体7との間隔が大きくなり、アレイアンテナ基板100の側方からノイズが侵入する可能性が高まるが、第1分波配線61から第n分波配線のそれぞれ間に接地電位の導体(第2接地導体7)を設けることで、このような可能性を低減することができ、アンテナ特性が向上したアレイアンテナ基板100とすることができる。
As described above, the
図10はアレイアンテナ基板におけるアレイ部の他の例を示す分解斜視図である。図10に示す例は、図8に示す例に対して、第1分波配線61および給電線路導体4を囲むように配置され、第1分波配線61および給電線路導体4の上の誘電体層1aを貫通して接地導体3に接続されている接地貫通導体8を備えている。また、第2分波配線62および第3分波配線63を囲むように配置され、第2分波配線62および第3分波配線63の上下に位置する誘電体層1aをそれぞれ貫通してその上下の第2接地導体7にそれぞれ接続されている接地貫通導体8を備えている。図10においては、見やすさを考慮して多数の接地貫通導体8のうちの一部だけを、破線で示している貫通導体5aと区別するために長破線で示し、貫通導体5aと同様に端部(接続される位置)を黒点で示している。
FIG. 10 is an exploded perspective view showing another example of the array portion in the array antenna substrate. The example shown in FIG. 10 is arranged so as to surround the
このように、接地導体3または第2接地導体7に接続され、分波配線6を囲むように分波配線6に沿って設けられている接地貫通導体8を備えるアレイアンテナ基板100とすることができる。このような構成とすると、分波配線6が、上下方向(誘電体層1aの積層方向)だけでなく側方(誘電体層1aの面方向)も接地電位の導体に囲まれることになるので、ノイズが側方から分波配線6に侵入する可能性がより低減され、アンテナ特性がより向上したアレイアンテナ基板100となる。このような接地貫通導体8は、図8に示す例のアレイアンテナ基板100だけでなく、上述した他の例のアレイアンテナ基板100にも適用することができる。
In this way, the
図11〜図15は、いずれもアレイアンテナ基板におけるアンテナ素子領域の一例を示す分解斜視図である。アンテナ素子領域101は、電波の送受信を行なう放射導体2と、放射導体2に給電するための給電線路導体4と接地導体3とで基本的に構成されているものであり、その他の構成や接続関係によって、例えば図11〜図15に示す例のようなものがある。図11〜図15に示す例では、給電線路導体4は、放射導体2との間に接地導体3を挟むように設けられている。給電線路導体4はいわゆるマイクロストリップ線路導体であり、アンテナ素子領域101外縁部から中心部へ向けて延びている。給電線路導体4は、図11〜図15に示す例における給電線路導体4が設けられた誘電体層1aの下面に、さらに誘電体層1aを設け、その下面にも接地導体を設けて、いわゆるストリップ線路導体とすることもできる。また、アンテナ素子領域101の形態はこれらに限られるものではない。
11 to 15 are exploded perspective views showing an example of an antenna element region in the array antenna substrate. The
図11に示す例のアンテナ素子領域101では、接地導体3はスロット3aを有しており、平面透視で給電線路導体4の先端部と重なっている。このスロット3aは、平面透視で給電線路導体4に対して直交する方向に長い形状で、例えば長方形状である。給電線路導体4に電流(信号)が流れると、その周りに磁界が発生し、この磁界がこのスロット3aを通って、給電線路導体4と放射導体2とが結合することで給電線路導体4から放射導体2に給電される。図1〜図10に示す例は、この図11に示す形態のアンテナ素子領域101を用いたアレイアンテナ基板100を示している。
In the
図12に示す例のアンテナ素子領域101では、給電線路導体4の先端部と放射導体2とが貫通導体5aによって電気的に接続されており、貫通導体5aによって給電線路導体4から放射導体2に給電される。このときの接地導体3には開口部3bが設けられており、貫通導体5aはこの開口部3b内を通って給電線路導体4と放射導体2とを接続している。開口部3bは、接地導体3と貫通導体5aとの間にクリアランスを設けて、これらが短絡しないようにするためのものであり、平面透視の形状は、例えば円形状である。
In the
図13に示す例のアンテナ素子領域101は、図11に示す例に対して、上面に放射導体2が設けられた誘電体層1aの上にさらに誘電体層1aが設けられており、アレイアンテナ基板100は、放射導体2が誘電体基板1の内部に設けられたものとなっている。これにより、放射導体2が誘電体層1aによって保護されるので、外部のものに当たったり、あるいは使用する雰囲気にさらされたりすることで損傷する可能性が低減される。一方、図1〜図12に示す例では、放射導体2が誘電体基板1の表面に設けられているアレイアンテナ基板100である。このような場合には、放射導体2が露出しているので、アンテナ特性がより高いものとなる。
In the
図14に示す例のアンテナ素子領域101は、放射導体2を2つ備えている。言い換えれば、図14に示す例のようなアンテナ素子領域101を備えるアレイアンテナ基板100においては、放射導体2が誘電体基板1の表面および内部に設けられている。このような構成の場合は、インピーダンスの高帯域化が可能となり、より広い周波数範囲で放射することが可能となる。
The
図15に示す例のアンテナ素子領域101は、給電線路導体4の先端部がアンテナ素子領域101の中心部に位置しており、接地導体3が、この給電線路導体4の先端部と重なる位置にスロット3aを有している点は図11に示す例と同様である。図15に示す例の場合は、放射導体2に、平面視でスロット3aと重なる位置に開口部2aが設けられており、開口部2aに近接して開口部2aを取り囲むように配置された複数の貫通導体5aによって、接地導体3と放射導体5とが接続されている。この例の場合は、誘電体基板1の放射導体2と給電線路導体4との間の厚みを使用周波数のλ/4に設定するので50GHz以上のアンテナでは特に薄型化が可能になり適している。図15に示す例においては、放射導体2と給電線路導体4との間には3層の誘電体層1aが配置されており、放射導体2と接地導体3との間の誘電体層1a間に接続導体層5bを設けているが、ここが2層の誘電体層1aで構成され、接続導体層5bが設けられていないものであってもよい。
In the
誘電体基板1は、アレイアンテナ基板100の基本的な構造部分であり、アレイアンテナ基板100としての機械的な強度の確保、および複数の放射導体2と接地導体3との間等の導体間の絶縁性の確保等の機能を有している。誘電体基板1は、例えば上から見たときに(平面視において)正方形状または長方形状等の四角形状で、平板状である。誘電体基板1の寸法は、例えば、四角形の一辺の長さが3mm〜100mmで、厚みが0.3mm〜3mmとすることができる。
The
誘電体基板1は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミック焼結体、ムライト質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料から成る誘電体材料からなる複数の誘電体層1aが積層されて形成されている。図1〜図10に示す例では誘電体層1aは4層〜8層であるが、誘電体層1aの層数はこれらに限られるものではない。
The
誘電体基板1は、例えばガラスセラミック焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。まず、ガラス成分となる酸化ケイ素、酸化ホウ素およびフィラー成分となる酸化アルミニウム等の粉末を主成分とする原料粉末を、有機溶剤、バインダと混練してスラリーとするとともに、このスラリーをドクターブレード法またはリップコータ法等の成形方法でシート状に成形して誘電体基板1の誘電体層1aとなるセラミックグリーンシート(以下、グリーンシートともいう)を作製する。次に、複数のグリーンシートを積層して積層体を作製する。その後、この積層体を約900〜1000℃程度の温度で焼
成することによって誘電体基板1を製作することができる。
The
誘電体基板1を含むアレイアンテナ基板100は、このようなアレイアンテナ基板100となる複数の基板領域が母基板に配列された多数個取り基板として製作することもできる。複数の基板領域を含む母基板を、基板領域毎に分割して複数のアレイアンテナ基板100をより効率よく製作することもできる。この場合には、母基板のうち基板領域の境界に沿って分割用の溝が設けられていてもよい。
The
誘電体基板1の表面または内部には、上述したように、放射導体2、接地導体3、給電線路導体4、貫通導体5a、分波配線6、第2接地導体7、接地貫通導体8、接地電極および給電電極(以下、まとめて配線導体とも呼ぶ。)が設けられている。図1〜図15に示す例においては省略しているが、例えば、接地導体3および第2接地導体7は、外部回路の接地電位に接続するための、誘電体基板1の内部から外表面にかけて接地引出線路部(不図示)を備えている。誘電体基板1の下面に外部回路に接続するための接地電極を設け、この接地電極と接地導体3および第2接地導体7とを貫通導体で接続するなどして接地引出線路部とすることができる。上述したように、1つのアレイ部102において各アンテナ素子領域101にまたがる1つの接地導体3が配置されている場合には、各アレイ部102につき1つの接地引出線路部を設ければよいので、設計の自由度が高まり、より小型化しやすくなる。また、上述したように複数のアレイ部102にまたがる1つの接地導体3が配置されている場合には、1つの接地引出線路部を設ければよいのでさらに設計の自由度が高まる。同様に、各給電線路導体4を外部回路の給電部を含むアンテナ制御部に接続するための給電引出線路部も必要であるが、上記した誘電体基板1の下面に設けた給電電極と分波配線6(貫通導体5aを含む)とで給電引出線路部となる。この場合の給電電極は各アレイ部102に対して1つずつ設けることができる。誘電体基板1の下面に外部回路との接続部である接地電極および給電電極を配置することで、放射導体2を外部へ向けた状態での外部回路との接続が容易となる。
On the surface or inside of the
配線導体は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、銅、銀、パラジウム、金、白金、ニッケルまたはコバルト等の金属、またはこれらの金属を含む合金の金属材料を導体材料として主に含むものである。このような金属材料は、メタライズ層またはめっき層等の金属層として誘電体基板1の表面に設けられている。この金属層は、1層でもよく、複数層でもよい。また、このような金属材料は、メタライズ層の金属層として誘電体基板1の内部に設けられている。
The wiring conductor mainly contains, for example, a metal such as tungsten, molybdenum, manganese, copper, silver, palladium, gold, platinum, nickel or cobalt, or a metal material of an alloy containing these metals as a conductor material. Such a metal material is provided on the surface of the
放射導体2、接地導体、給電線路導体4、接続導体層5b、分波配線6、第2接地導体7、接地電極および給電電極は、例えば、銅のメタライズ層である場合には、銅の粉末を有機溶剤および有機バインダと混合して作製した金属ペーストを誘電体層1aとなるグリーンシートの所定位置にスクリーン印刷法等の方法で印刷してグリーンシートとともに焼
成する方法で形成することができる。また、貫通導体5aおよび接地貫通導体8は、上記の金属ペーストの印刷に先駆けてグリーンシートの所定の位置に貫通孔を設け、上記と同様の金属ペーストをこの貫通孔に充填しておくことで形成することができる。
When the
また、配線導体うち、誘電体基板1の表面に設けられる放射導体2、接地電極および給電電極の露出表面には、電解めっき法または無電解めっき法等のめっき法でニッケルおよび金等のめっき層がさらに被着されていてもよい。この場合、前述したように多数個取り基板の形態でアレイアンテナ基板100を製作する際に、複数の基板領域の配線導体を互いに電気的に接続させておけば、複数のアレイアンテナ基板100の配線導体に一括してめっき層を被着させることもできる。
Further, among the wiring conductors, the exposed surfaces of the
放射導体2の平面視の形状は、矩形状あるいは円形状であり、四角形の誘電体基板1にできるだけ大きい放射導体2を設けるためには正方形とすることができる。また、接地導体3の平面視の形状は、放射導体2の相似形で、一回り大きいものとすることができる。そして、平面透視で、接地導体3の外周が放射導体2の外周より外側に位置して重なるように配置することができる。このようにすることで、放射導体2の外周部まで確実に電波を放射することができるものとなる。上述したように、同一のアレイ部102内の接地導体3は互いに接続された、アレイ部102の大きさと同等の1つとすることもできる。また、複数のアレイ部102間においても接続された誘電体基板1の平面視の大きさと同等の1つとすることもできる。
The shape of the radiating
放射導体2、接地導体3の大きさは、アレイアンテナ基板100に求められるアンテナ特性に応じて、また、誘電体層1aの比誘電率および厚みによって、適宜設定することができる。また、接地導体3に設けられるスロット3a、放射導体2に設けられる開口部2aおよび給電線路導体4の寸法についても同様である。1つのアレイ部102内における各アンテナ素子領域101の構成および寸法は同じものであるが、異なるアレイ部102間では、各部の寸法等が異なり、アンテナ特性が異なるものとすることができる。例えば、図1〜図10に示す例のような場合であれば、放射導体2は0.5mm角〜10mm角とすることができる。
The sizes of the
1つのアレイ部102内における、放射導体2間の間隔は、互いに絶縁性が確保され、独立した放射導体2(アンテナ素子)として動作することができるものであればよく、例えば、0.03mm〜1mmとすることができる。
The distance between the radiating
また、アレイ部102間の間隔は、アンテナ素子の特性により、要求されるアイソレーションが確保できる間隔とすればよいが、例えば、1mm〜10mmとすることができる。
Further, the interval between the
1つのアレイ部102内における、アンテナ素子領域101の数および配置、あるいは1つのアレイアンテナ基板1におけるアレイ部102の数および配置についても、要求されるアンテナ特性に応じて設定することができる。図1〜図10に示す例においては、1つのアレイ部102内において、アンテナ素子領域101は、第1の方向(図1〜10におけるx方向)に2のn乗個(図1〜10ではn=3で8個)配列されており、第1の方向に直交する第2の方向(図1〜10におけるy方向)には1つだけ、すなわち1列である。これに対して、1つのアレイ部102内において、第2の方向にも2個〜10個配列して、複数列のアレイ部102とすることができる。このとき、1つのアレイ部102内に各列に1つ、すなわち複数の分波配線6を設けて複数の給電電極にそれぞれ接続してもよいし、上記のような分波配線を1列のアンテナ素子領域101につき1つ接続して、この複数の分波配線を互いに接続してアレイ部102に1つの分波配線6を設けて1つの給電電極に接続してもよい。例えば、図4に示す例は1列のアレイ部102が2つ並んでい
る例であるが、2列をまとめて1つのアレイ部102とみなしたとすると、1列につき1つ、計2つの分波配線が設けられていることになる。この2つの分波配線の第3分波配線63を第4分波配線で接続して1つの分波配線6とするということである。この場合には、給電電極から各アンテナ素子領域101(の給電線路導体4)までの配線長は等しくなるようにするのがよい。そのため、第4分波配線の長さの中央部と給電電極とを接続するとよい。1つのアレイ部102内に複数の分波配線6を設けて、互いに接続しない場合には、同様の等長配線とするために、複数の分波配線6のそれぞれを貫通導体5aで大きな1つの給電電極に接続してもよい。
The number and arrangement of the
図16は、分波配線の一部を拡大して示す平面図である。分波配線6は、上述したように信号伝送線路であり、分波配線6の幅(線幅)は、インピーダンスを考慮して設定することができる。例えば、分波配線6の各接続部61a、62a、63aの線幅w1はインピーダンスが50Ωとなるように設定する。接続部61a、62a、63aは、隣接する2つの給電線路導体4から、これらの中間にある引き出し部61b、62b、63bまで伸びる2つの伝送線路がつながったものでもある。また、分波配線6の各引き出し部61b、62b、63bは、この2つの伝送線路が同じ向きで並列になっている部分でもある。上述したように各接続部61a、62a、63aのインピーダンスが50Ωであるときには、すなわち2つの伝送線路のインピーダンスは50Ωであり、これらが並列になるとインピーダンスは25Ωとなる。そのため分波配線6の各引き出し部61b、62b、63bには、この2つの伝送線路のインピーダンスを合成した後のインピーダンスが同じく50Ωとなるように変換する部分(整合器)を設けることができる。すなわち、25Ωから50Ωへ変換するためには、35Ω(√(25×50)=35.4)のインピーダンスとなるように、引き出し部61b、62b、63bの線幅を設定することができる。各引き出し部61b、62b、63bの線幅も他の部分とインピーダンスを整合させるために、基本的にはインピーダンスが同じく50Ωとなる線幅w1とするが、インピーダンスを変換する部分を、インピーダンスが35Ωとなる幅にすればよい。このような、インピーダンスが35Ωとなる線幅w2に設定する部分、すなわちインピーダンス変換のために他の部分と線幅を異ならせる部分は、各引き出し部61b、62b、63bにおける、接続部61a、62a、63aと接する部分に設けることができる。このとき、図16に示す例のように、各引き出し部61b、62b、63bにおける、接続部61a、62a、63aの幅方向の中心(図16に中心線を二点鎖線で示す。)から、信号の波長λの4分の1(λ/4)の長さまでの部分をインピーダンスが35Ωとなる線幅w2とすることができる。このように引き出し部61b、62b、63bの線幅を設定することで信号の伝送性に優れたものにすることができる。
FIG. 16 is an enlarged plan view showing a part of the demultiplexing wiring. The
1・・・誘電体基板
1a・・・誘電体層
2・・・放射導体
2a・・・開口部
3・・・接地導体
3a・・・スロット
3b・・・開口部
4・・・給電線路導体
5a・・・貫通導体
5b・・・接続導体層
6・・・分波配線
61・・・第1分波配線
61a・・・第1接続部
61b・・・第1引き出し部
62・・・第2分波配線
62a・・・第2接続部
62b・・・第2引き出し部
63・・・第3分波配線
63a・・・第3接続部
63b・・・第3引き出し部
7・・・第2接地導体
8・・・接地貫通導体
100・・・アレイアンテナ基板
101・・・アンテナ素子領域
102・・・アレイ部
1 ...
Claims (6)
放射導体、接地導体および給電線路導体が、この順で、間に前記誘電体層を挟んで互いに対向して配置されているアンテナ素子領域と、
該アンテナ素子領域が複数個近接して配列されているアレイ部と、を備えており、
前記複数のアンテナ素子領域は、前記給電線路導体に接続された分波配線により互いに電気的に接続されており、
1つの前記アレイ部において、前記アンテナ素子領域は、2のn乗個(nは2以上の整数)が一列に並んでおり、
前記分波配線は、隣接する一対の前記アンテナ素子領域の前記給電線路導体同士を接続する第1分波配線から隣接する一対の第(n−1)分波配線同士を接続する第n分波配線を含み、
前記第1分波配線と前記第n分波配線とは異なる誘電体層間に設けられており、
前記第1分波配線は、隣接する一対の前記給電線路導体に両端がそれぞれ接続されている第1接続部と、該第1接続部から前記給電線路導体に沿って伸びる第1引き出し部とを備え、前記第n分波配線は、隣接する一対の前記第(n−1)引き出し部同士を接続する第n接続部と該第n接続部から前記第(n−1)引き出し部とは反対方向に伸びる第n引き出し部を備えており、
前記分波配線は、側面透視でつづら折り状になっており、平面透視で前記アレイ部内に位置して前記接地導体と重なっているアレイアンテナ基板。 A dielectric substrate in which a plurality of dielectric layers are laminated, and
The antenna element region in which the radiation conductor, the ground conductor, and the power supply line conductor are arranged in this order so as to face each other with the dielectric layer sandwiched between them.
It is provided with an array unit in which a plurality of the antenna element regions are arranged in close proximity to each other.
The plurality of antenna element regions are electrically connected to each other by a demultiplexing wiring connected to the power feeding line conductor.
In one of the array units, the antenna element region has 2 nth roots (n is an integer of 2 or more) arranged in a row.
The demultiplexing wiring includes a first demultiplexing wiring that connects the feeding line conductors of the pair of adjacent antenna element regions to the nth demultiplexing wiring that connects the pair of adjacent (n-1) demultiplexing wirings. Including wiring
The first demultiplexing wiring and the nth demultiplexing wiring are provided between different dielectric layers.
The first demultiplexing wiring includes a first connection portion in which both ends are connected to a pair of adjacent feed line conductors, and a first lead-out portion extending from the first connection portion along the feed line conductor. The n-th demultiplexing wiring is opposite to the n-th connection portion that connects the pair of adjacent (n-1) lead-out portions and the n-th connection portion to the (n-1) lead-out portion. Equipped with an nth drawer that extends in the direction,
The demultiplexing wiring is a zigzag shape in a side view, and is an array antenna substrate that is located in the array portion and overlaps with the ground conductor in a plane perspective.
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