JP7653767B2 - Antenna Device - Google Patents
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Description
本発明は、誘電体基板を用いて構成したアンテナ装置に関するものである。 The present invention relates to an antenna device constructed using a dielectric substrate.
近年、高周波信号を用いた無線通信においては、携帯端末等の装置に内蔵可能とするために、誘電体基板を用いてアンテナ素子及びグランド導体を構成したアンテナ装置が知られている。一般に、グランド導体はアンテナ素子の反射板として機能するため、アンテナ装置から放射される電磁波の放射方向は、アンテナ素子とグランド導体との位置関係に依存して定まる。例えば、特許文献1には、金属板からなる2つの平行な反射板の長手方向に沿って複数のアンテナ素子群を上方に配置したアンテナ装置が開示され、このような配置では電磁波の指向性は反射板からアンテナ素子の側の上方を向くと想定される。一方、誘電体基板を用いたアンテナ装置は、複数の導体層の各平面内にアンテナ素子とグランド導体とをそれぞれ並べて構成する配置を採用することができる。この種のアンテナ装置の設計に際しては、5G規格のビームフォーミング等を考慮すると、電磁波の放射指向性が誘電体基板の側面方向を向くようなアンテナ特性を実現することが望ましい。 In recent years, in wireless communication using high frequency signals, antenna devices are known in which antenna elements and ground conductors are formed using a dielectric substrate so that they can be built into devices such as mobile terminals. In general, the ground conductor functions as a reflector for the antenna element, so that the radiation direction of the electromagnetic waves emitted from the antenna device is determined depending on the positional relationship between the antenna element and the ground conductor. For example, Patent Document 1 discloses an antenna device in which a group of multiple antenna elements is arranged above the longitudinal direction of two parallel reflectors made of metal plates, and in such an arrangement, it is assumed that the directivity of the electromagnetic waves faces upward from the reflectors to the antenna element side. On the other hand, an antenna device using a dielectric substrate can adopt an arrangement in which the antenna elements and the ground conductors are arranged side by side on each plane of multiple conductor layers. When designing this type of antenna device, it is desirable to realize antenna characteristics in which the radiation directivity of the electromagnetic waves faces the side direction of the dielectric substrate, taking into account beamforming and the like of the 5G standard.
しかし、上述のように誘電体基板の複数の導体層にアンテナ素子及びグランド導体を構成したアンテナ装置は、発明者らの検証の結果、誘電体基板の側面方向に対し、一定の俯角だけ下方に傾いた放射指向性となることが確認された。従って、アンテナ装置における誘電体基板の側面方向は、指向性利得が低下することになり、最適なアンテナ特性を実現することは困難であるという課題があった。 However, as a result of verification by the inventors, it was confirmed that an antenna device in which antenna elements and ground conductors are configured on multiple conductor layers of a dielectric substrate as described above has a radiation directivity that is tilted downward at a certain depression angle with respect to the side direction of the dielectric substrate. Therefore, there was a problem that the directional gain is reduced in the side direction of the dielectric substrate in the antenna device, making it difficult to achieve optimal antenna characteristics.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、誘電体基板の複数の導体層に構成されるアンテナ素子と複数のグランド導体との配置に基づき、誘電体基板の側面方向への放射指向性を向上させることが可能なアンテナ装置を実現するものである。 The present invention has been made to solve the above problems, and realizes an antenna device that can improve the radiation directivity in the lateral direction of a dielectric substrate based on the arrangement of an antenna element and multiple ground conductors that are configured on multiple conductor layers of a dielectric substrate.
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現できる。給電部と電気的に接続されるアンテナ素子を備えるアンテナ装置であって、誘電体基板と、前記誘電体基板に形成され、前記誘電体基板の厚さ方向である第1の方向の上方から下方の順に少なくとも第1導体層、第2導体層、第3導体層が配置される複数の導体層と、前記第1導体層に形成される第1平面電極と、前記第2導体層に形成され、前記第1の方向に前記第1平面電極と対向して配置される第2平面電極と、前記誘電体基板に形成され、前記第1平面電極と前記第2平面電極との間を電気的に接続する1又は複数のビア導体と、少なくとも、前記第1、第2、第3導体層のそれぞれに形成され、前記第1の方向から見た平面視で前記第1及び第2平面電極と重ならない領域に配置される複数のグランド導体と、を備え、前記第1平面電極、前記第2平面電極、前記1又は複数のビア導体は、前記アンテナ素子を構成し、前記複数のグランド導体のうち前記第3導体層の第1グランド導体は、前記第1の方向と直交する方向から見た平面視で前記第1平面電極及び前記第2平面電極と重ならない領域、かつ、前記第1の方向で前記第1平面電極及び前記第2平面電極の下方に位置しており、前記第1グランド導体は、前記第1の方向から見た平面視で、前記第1及び第2導体層のグランド導体に比べて、前記アンテナ素子との間の距離が小さい、ことを特徴とするアンテナ装置。そのほか、本発明は、以下の形態としても実現可能である。
上記課題を解決するために、本発明のアンテナ装置は、給電部(25)と電気的に接続されるアンテナ素子(11)を備えるアンテナ装置であって、誘電体基板(10)と、前記誘電体基板に形成され、前記誘電体基板の厚さ方向である第1の方向(Z)の上方から下方の順に少なくとも第1導体層(50b)、第2導体層(50d)、第3導体層(50f)が配置される複数の導体層(50a~50f)と、前記第1導体層に形成される第1平面電極(20)と、前記第2導体層に形成され、前記第1の方向に前記第1平面電極と対向して配置される第2平面電極(22)と、前記誘電体基板に形成され、前記第1平面電極と前記第2平面電極との間を電気的に接続する1又は複数のビア導体(40)と、少なくとも、前記第1、第2、第3導体層のそれぞれに形成され、前記第1の方向から見た平面視で前記第1及び第2平面電極と重ならない領域に配置される複数のグランド導体(12a~12f、30~32)とを備え、前記第1平面電極、前記第2平面電極、前記1又は複数のビア導体は、前記アンテナ素子を構成し、前記複数のグランド導体のうち前記第3導体層の第1グランド導体(12f)は、前記第1の方向から見た平面視で、前記第1及び第2導体層のグランド導体(12b、12d)に比べて、前記アンテナ素子との間の距離が小さいことを特徴としている。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and can be realized in the following form: An antenna device including an antenna element electrically connected to a power supply section, the antenna device including a dielectric substrate, a plurality of conductor layers formed on the dielectric substrate, the plurality of conductor layers being at least a first conductor layer, a second conductor layer, and a third conductor layer arranged in this order from top to bottom in a first direction which is a thickness direction of the dielectric substrate, a first planar electrode formed on the first conductor layer, a second planar electrode formed on the second conductor layer and arranged opposite to the first planar electrode in the first direction, one or more via conductors formed on the dielectric substrate and electrically connecting between the first planar electrode and the second planar electrode, and at least one via conductor formed on each of the first, second, and third conductor layers and arranged such that the first planar electrode is located at a position opposite to the first planar electrode in the first direction. and a plurality of ground conductors arranged in an area not overlapping with first and second planar electrodes, wherein the first planar electrode, the second planar electrode, and the one or more via conductors constitute the antenna element, and a first ground conductor of the third conductor layer among the plurality of ground conductors is located in an area not overlapping with the first planar electrode and the second planar electrode in a plan view seen from a direction perpendicular to the first direction and below the first planar electrode and the second planar electrode in the first direction, and a distance between the first ground conductor and the antenna element is smaller than that between the first ground conductor and the antenna element in the plan view seen from the first direction, as compared with the ground conductors of the first and second conductor layers.
In order to solve the above problem, the antenna device of the present invention is an antenna device including an antenna element (11) electrically connected to a power supply section (25), comprising: a dielectric substrate (10); a plurality of conductor layers (50a to 50f) formed on the dielectric substrate and arranged in a first direction (Z) that is a thickness direction of the dielectric substrate, in that order from top to bottom in the first direction (Z), at least a first conductor layer (50b), a second conductor layer (50d), and a third conductor layer (50f); a first planar electrode (20) formed on the first conductor layer; a second planar electrode (22) formed on the second conductor layer and arranged opposite the first planar electrode in the first direction; and a second planar electrode (23) formed on the dielectric substrate and arranged opposite the first planar electrode in the first direction. and a plurality of ground conductors (12a to 12f, 30 to 32) formed in at least the first, second, and third conductor layers, respectively, and arranged in areas not overlapping with the first and second planar electrodes in a planar view seen from the first direction, wherein the first planar electrode, the second planar electrode, and the one or more via conductors constitute the antenna element, and among the plurality of ground conductors, a first ground conductor (12f) of the third conductor layer has a smaller distance from it to the antenna element in a planar view seen from the first direction, compared to the ground conductors (12b, 12d) of the first and second conductor layers.
本発明のアンテナ装置によれば、誘電体基板にアンテナ素子と複数のグランド導体を形成し、アンテナ素子は多層構造の平面電極群により所謂ボウタイアンテナの構造を持たせ、複数のグランド導体層は、第1の方向から見た平面視で、アンテナ素子と重ならない領域に配置しつつ、下方の第3導体層の第1グランド導体については他のグランド導体よりもアンテナ素子と近い距離に配置される。よって、第1の方向から見た平面視で複数のグランド導体とアンテナ素子とが等距離にある場合は、電磁波の放射方向が誘電体基板の側面方向から一定の俯角だけ下方に傾く傾向があるのに対し、第1グランド導体をアンテナ素子の側に突出させた構造により、誘電体基板の側面方向への指向性利得を高めることができる。 According to the antenna device of the present invention, an antenna element and multiple ground conductors are formed on a dielectric substrate, and the antenna element has a so-called bowtie antenna structure due to a group of planar electrodes with a multi-layer structure, and the multiple ground conductor layers are arranged in an area that does not overlap with the antenna element in a planar view from a first direction, while the first ground conductor of the lower third conductor layer is arranged closer to the antenna element than the other ground conductors. Therefore, when the multiple ground conductors and the antenna element are equidistant in a planar view from the first direction, the radiation direction of the electromagnetic wave tends to tilt downward at a certain depression angle from the side direction of the dielectric substrate, but the structure in which the first ground conductor protrudes toward the antenna element can increase the directional gain in the side direction of the dielectric substrate.
本発明において、複数の導体層を、第1導体層と第2導体層との間の1又は複数の第4導体層を更に含めて構成し、アンテナ素子を、1又は複数の第4導体層にそれぞれ形成されて1又は複数のビア導体を介して第1及び第2平面電極と電気的に接続される1又は複数の第3平面電極を更に含めて構成し、第1グランド導体を、第1の方向から見た平面視で、第4導体層のグランド導体に比べてアンテナ素子との間の距離が小さくなる配置とすることができる。これにより、アンテナ素子を構成する平面電極の個数を増やすことで、電流の経路が増加するので、周波数帯域を広げることが可能となる。 In the present invention, the multiple conductor layers are configured to further include one or more fourth conductor layers between the first conductor layer and the second conductor layer, the antenna element is configured to further include one or more third planar electrodes formed in the one or more fourth conductor layers and electrically connected to the first and second planar electrodes through one or more via conductors, and the first ground conductor can be arranged such that the distance between the first ground conductor and the antenna element is smaller than that of the ground conductor of the fourth conductor layer in a planar view seen from the first direction. In this way, by increasing the number of planar electrodes that make up the antenna element, the number of current paths increases, making it possible to widen the frequency band.
本発明のアンテナ素子を構成する各平面電極は、多様な平面形状で構成することができる。例えば、第1平面電極、前記第2平面電極、1又は複数の第3平面電極の各々は、第1の方向から見た平面視で長方形の平面形状により構成してもよい。この場合、第1の方向から見た平面視で、第1グランド導体とアンテナ素子との間の距離を、第1及び第2導体層のグランド導体とアンテナ素子との間の距離の1/2に設定することができる。 Each planar electrode constituting the antenna element of the present invention can be configured in a variety of planar shapes. For example, the first planar electrode, the second planar electrode, and one or more third planar electrodes may each be configured in a rectangular planar shape when viewed from a first direction. In this case, the distance between the first ground conductor and the antenna element when viewed from a first direction can be set to 1/2 the distance between the ground conductors of the first and second conductor layers and the antenna element.
また例えば、第1平面電極、第2平面電極、1又は複数の第3平面電極の各々は、長方形の長手方向の一端端が、それぞれ第1の方向から見た平面視で長手方向に直交する方向に突出するクランク形状により構成してもよい。この場合、第1の方向から見た平面視で、第1グランド導体の端部を、各平面電極の長手方向に沿ってクランク形状の先端部と同一位置に設定することができる。 For example, each of the first planar electrode, the second planar electrode, and the one or more third planar electrodes may be configured with a crank shape in which one end of the rectangular longitudinal direction protrudes in a direction perpendicular to the longitudinal direction when viewed from a first direction. In this case, when viewed from a first direction, the end of the first ground conductor can be set at the same position as the tip of the crank shape along the longitudinal direction of each planar electrode.
本発明において、グランド導体は、第1平面電極、第2平面電極、1又は複数の第3平面電極、1又は複数のビア導体と対称的に配置される複数の平面電極及び1又は複数のビア導体からなる構成部分を含めて構成してもよい。これにより、各々のアンテナ素子は、対称的なグランド導体の部分を含めてダイポールアンテナとして機能するとともに、グランド導体の面積を十分に確保することで、アンテナ特性の向上を実現することができる。 In the present invention, the ground conductor may be configured to include a component part consisting of a first planar electrode, a second planar electrode, one or more third planar electrodes, and one or more via conductors arranged symmetrically with the first planar electrode, the second planar electrode, one or more third planar electrodes, and one or more via conductors. This allows each antenna element to function as a dipole antenna including the symmetrical ground conductor part, and by ensuring a sufficient area of the ground conductor, it is possible to improve the antenna characteristics.
本発明のアンテナ素子は、水平偏波用素子として機能させることが可能である。この場合、基本的には誘電体基板の長手方向に対してアンテナ素子の偏波方向が一致するので、アンテナ装置を携帯端末等に内蔵するのに適した構造を容易に実現できる。なお、異なる2つの偏波を送受信可能とするために、水平偏波用素子に加えて、垂直用偏波用素子を設けてもよい。 The antenna element of the present invention can function as a horizontally polarized element. In this case, the polarization direction of the antenna element basically coincides with the longitudinal direction of the dielectric substrate, so that a structure suitable for incorporating the antenna device into a mobile terminal or the like can be easily realized. Note that in order to be able to transmit and receive two different polarized waves, a vertically polarized element may be provided in addition to the horizontally polarized element.
本発明によれば、誘電体基板を用いて構成したアンテナ素子と複数のグランド導体との配置に応じて、電磁波の放射指向性を最適化し、誘電体基板の側面方向への指向性利得を十分に高めることができる。よって、放射指向性の多様な規格に確実に適合可能であって、携帯端末等に内蔵するのに最適なアンテナ装置を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to optimize the radiation directivity of electromagnetic waves and sufficiently increase the directional gain in the lateral direction of the dielectric substrate depending on the arrangement of the antenna element constructed using a dielectric substrate and multiple ground conductors. Therefore, it is possible to realize an antenna device that can reliably comply with various standards for radiation directivity and is optimal for being built into mobile terminals, etc.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に述べる実施形態は本発明の技術思想を適用した形態の一例であって、本発明が本実施形態の内容により限定されることはない。 Below, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below is one example of a form in which the technical concept of the present invention is applied, and the present invention is not limited to the content of this embodiment.
図1~図5を用いて、本発明を適用した一実施例に係るアンテナ装置の構造について説明する。図1~図5では、説明の便宜のため、互いに直交するX方向、Y方向、Z方向(本発明の第1の方向)をそれぞれ矢印にて示している。図1は、本実施形態のアンテナ装置をX方向から見た断面図(図3(B)のA-A断面)であり、図2は、図1のアンテナ装置をY方向に沿って図1の左側から見た断面図(図3(B)のB-B断面)であり、図3及び図4は、図1のアンテナ装置に含まれる6層の導体層に関し、それぞれZ方向の上方から見た平面図である。 The structure of an antenna device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Figs. 1 to 5. For ease of explanation, the mutually orthogonal X, Y, and Z directions (first directions of the present invention) are indicated by arrows in Figs. 1 to 5. Fig. 1 is a cross-sectional view of the antenna device of this embodiment as viewed from the X direction (cross-section A-A in Fig. 3(B)), Fig. 2 is a cross-sectional view of the antenna device of Fig. 1 as viewed from the left side of Fig. 1 along the Y direction (cross-section B-B in Fig. 3(B)), and Figs. 3 and 4 are plan views of the six conductor layers included in the antenna device of Fig. 1 as viewed from above in the Z direction.
本実施形態のアンテナ装置は、セラミック等の誘電体材料からなる多層構造の誘電体基板10を用いて構成される。誘電体基板10には、3層の平面電極20、21、22及び複数のビア導体40からなるアンテナ素子11と、複数のグランド導体12a、12b、12c、12d、12e、12f(以下、集合的にグランド導体12と表記する場合がある)及び3層のグランド導体30、31、32とが設けられている。誘電体基板10には6層の導体層50a、50b、50c、50d、50e、50fが形成されている。そして、多様な導体パターンを用いて、導体層50b、50c、50dには平面電極20~22が形成されるとともに、全ての導体層50a~50fには6層構造の複数のグランド導体12a~12f、30~32が形成されている。また、それぞれの導体層50a~50fの間には、アンテナ素子11の一部である前述の複数のビア導体40に加えて、グランド導体12a~12f、30~32の間を接続する複数のビア導体43、41や、給電用のビア導体42などが、それぞれZ方向に延伸して形成されている。
The antenna device of this embodiment is configured using a multi-layered
誘電体基板10は、Y方向に沿う長辺と、X方向に沿う短辺と、Z方向に沿う所定の厚さを有する矩形の板状部材であり、所定の誘電率を有する誘電体層と、導電材料からなる前述の導体層50a~50fとを交互に積層してなる。図3及び図4においては、Z方向の上方から順に、導体層50a、50b、50c、50d、50e、50fの平面構造がそれぞれ示されている。このうち、図3(A)に示す最上層の導体層50aと図4(C)に示す最下層の導体層50fは、誘電体基板10のうちZ方向に対向する1対の表面に露出しており、導体層50b、50c、50d、50eは、誘電体基板10の内層を構成する。また、最下層の導体層50fには、アンテナ素子11と電気的に接続される給電端子25(本発明の給電点)が設けられている。
The
アンテナ素子11は、導体層50bの平面電極20(本発明の第1平面電極)と、導体層50cの平面電極21(本発明の第3平面電極)と、導体層50dの平面電極22(本発明の第2平面電極)と、それぞれの平面電極20~22の間を接続する4つのビア導体40とにより構成される立体的構造を有する。3つの平面電極20、21、22は、いずれもY方向を長手方向とする長方形の平面形状を有する。4つのビア導体40は、3つの平面電極20~22の長方形の範囲内で、Y方向に沿って所定の間隔で並んで配置されている。この所定の間隔は、アンテナ装置の使用波長λ0に対し、λ0/4以下に設定することが望ましい。
The
図3(B)に示すように、上部の平面電極20の一端20aは給電用の導体パターン23に接続されている。この導体パターン23は、給電用のビア導体42の上端に接続されてX方向に延伸し、更に図4(C)に示すように、給電用のビア導体42の下端が、導体層50fの給電端子25に接続されている。すなわち、給電端子25から、ビア導体42及び導体パターン23を経由して、平面電極20の一端20aに給電される。よって、ビア導体42及び導体パターン23は、給電端子25とアンテナ素子11との間の給電線路を構成する。給電端子25は、グランド導体12に囲まれる領域内で、所定の長さだけX方向に延伸する形状を有する。
As shown in FIG. 3B, one
図5は、本実施形態のアンテナ装置のうち、アンテナ素子11の部分を拡大して示す斜視図である。図5に示すように、3つの平面電極20~22は、互いに同一の形状及びサイズに形成され、Z方向から見た平面視で、互いに重なる領域に配置されている。1対の平面電極20、21はZ方向に距離H1で対向するとともに、同様に1対の平面電極21、22はZ方向に距離H2で対向している。なお、図5の例では、H1=H2に設定されている。一方、4つのビア導体40は、Z方向から見た平面視で、互いに同一の径で、かつY方向に沿って前述の所定の間隔で並んで配置されている。なお、平面電極20、21の間を接続する上部のビア導体40と、平面電極21、22の間の接続する下部のビア導体40とは、互いに別々に作製されるが、ここではZ方向から見た平面視で同じ位置である限り1本のビア導体40とみなして説明する。
Figure 5 is an enlarged perspective view of the
図5において、給電端子25から、ビア導体42及び導体パターン23を介して給電された所定の周波数の入力信号は、3つの平面電極20~22及び4つのビア導体40からなるアンテナ素子11を励振し、外部に電磁波が放射される。本実施形態では、各々の平面電極20~22のY方向の長さL(図1)を使用周波数に共振し得る適切な値に設定することで、アンテナ素子11が基本的に水平偏波用素子として動作する。この場合、図5に示すように、それぞれの平面電極20、21、22の側面20b、21b、22bから覆ねX方向に向かって水平偏波の電磁波が放射される。この場合に電磁波の指向性が最大となる放射方向は、XZ面内で見て正確にX方向に一致することが望まく、その最適化のためにグランド導体12の配置が重要となる。グランド導体12の配置に関して詳しくは後述する。
In FIG. 5, an input signal of a predetermined frequency fed from the
図5の構造を有するアンテナ素子11において、入力信号が給電されたときに電流が流れる経路に着目する。まず、上部の平面電極20に関しては、一端20aからY方向に沿って経路長が最大で長さLとなる。一方、平面電極21、22の経路長は、ビア導体40の長さを考慮する必要がある。よって、直下の平面電極21に関しては、一端20aからY方向及びZ方向を含む経路長が最大でL+H1となり、下部の平面電極22に関しては、一端20aからY方向及びZ方向を含む経路長が最大でL+H1+H2となる。このように、アンテナ素子11は、入力信号に対して多様な異なる経路長が存在することになり、アンテナ特性の広帯域化に適した構造を有する。
In the
グランド導体12a~12fは、図3及び図4に示すように、6層の導体層50a~50fの全体にわたって配置され、それぞれのグランド導体12a~12fが互いに複数のビア導体43を介して電気的に接続された多層構造を有する。このうち、誘電体基板10の一方の表面の導体層50aには、グランド導体12aのみが配置されている。このグランド導体12aに接続された5つのビア導体43はZ方向に沿って直線状に延伸され、グランド導体層12b~12fのそれぞれの対応する箇所と電気的に接続される。6層のグランド導体12a~12fの領域はZ方向に概ね対向して配置される。ただし、アンテナ素子11の配置に応じて、グランド導体12b、12cは中央内側の部分を切り欠いた形状を有する。また、アンテナ装置の前述の放射方向の最適化の観点から、最下層のグランド導体12fはX方向に対向するアンテナ素子11の側に突出しているが、この点については後述する。
As shown in Figs. 3 and 4, the
ここで、導体層50b、50c、50dに着目すると、この3層のグランド導体30、31、32の部分は、アンテナ素子11と対称的に配置されている。具体的には、3層のグランド導体30、31、32は、3層の平面電極20、21、22をY方向に沿って図3及び図4の右側に移動させた平面形状を有する。また、3層の平面電極20、21、22を接続する4個のビア導体40と対称的な位置に、3層のグランド導体30、31、32を接続する4個のビア導体41が配置されている。下層の導体層50dのグランド導体32は、X方向に延伸する導体パターン24を介して同層のグランド導体12dと接続されている。このようにアンテナ素子11の各平面電極20~22及びグランド導体30~32が対称的に配置された構造は一体的にダイポールアンテナとして機能し、アンテナ装置の利得をある程度増加させる効果がある。
Here, when focusing on the conductor layers 50b, 50c, and 50d, the
なお、誘電体基板10に形成された全体のグランド導体12、30~32は、本実施形態のアンテナ装置の反射器として機能する。すなわち、アンテナ素子11の鏡像が全体のグランド導体12、30~32に形成されるため、アンテナ特性の向上のためグランド全体の面積を十分に確保する必要がある。ただし、Z方向から見た平面視で、グランド導体12、30~32がアンテナ素子11と重ならないように配置することが望ましい。
The
次に、本実施形態のアンテナ装置に含まれる複数のグランド導体12の配置と効果について、図6及び図7を用いて説明する。図6は、図1のアンテナ装置をY方向に沿って図2と同方向から見た断面図であって、図2とは異なる断面(図3(B)のC-C断面)で見た断面図である。図6においては、それぞれのグランド導体12a~12fとアンテナ素子11との間のX方向の距離を示している。まず、導体層50aから導体層50eまでの範囲の5層分のグランド導体12a~12eとアンテナ素子11との間はX方向に沿っていずれも同じ距離D1で配置されている。これに対し、最下層の導体層50fのグランド導体12fとアンテナ素子11との間は、図4(C)の平面形状を反映して、X方向に沿って距離D1より小さい距離D2で配置されている。図6の例では、距離D2が距離D1の概ね1/2に設定されている。なお、距離D1、D2はX方向に対向するアンテナ素子11の各平面電極20~22とグランド導体12との間の距離であるが、いずれもZ方向から見た基本形状がほぼ長方形であるため、それぞれとのY方向に平行な長辺の間の距離に等しい。
Next, the arrangement and effect of the multiple ground conductors 12 included in the antenna device of this embodiment will be described with reference to Figures 6 and 7. Figure 6 is a cross-sectional view of the antenna device of Figure 1 viewed from the same direction as Figure 2 along the Y direction, and is a cross-sectional view viewed from a different cross section (C-C cross section of Figure 3 (B)) from Figure 2. Figure 6 shows the distance in the X direction between each of the
本実施形態においては、最下層のグランド導体12fのみをX方向に沿ってアンテナ素子11の側に突出する構造を持たせることにより、XZ面内における指向性利得の向上を実現可能となる。図7は、本実施形態のアンテナ装置に対するシミュレーショにより得られたXZ面内の放射パターンの検証結果を示す図である。図7においては、本実施形態の放射パターンP1に加えて、比較例として、グランド導体12fとアンテナ素子11の間を他のグランド導体12と等しい距離D1に設定した場合の放射パターンP2を重ねて示し、アンテナ装置に対して周波数30GHzの入力信号を給電してシミュレーションを行った。
In this embodiment, only the
図7から明らかなように、X方向(90°)の指向性利得として、本実施形態の放射パターンP1では3.3dBiが得られ、比較例の放射パターンP2で得られる1.7dBiに比べて十分大きくなっている。すなわち、比較例においては、所謂ボウタイアンテナの構造を有するアンテナ素子11と6層構造のグランド導体12との位置関係により、若干指向性のピークがX方向の下方を向く傾向がある。これに対し、本実施形態の最下層のグランド導体12fがアンテナ素子11の側に突出した配置(図6)を採用したので、最下層のグランド導体12fの反射器としての作用が高まり、指向性ピークが比較例よりもX方向の上方に傾くことで、結果的に90°の指向性利得が向上したものである。このように、本実施形態のアンテナ装置は、電磁波の放射方向がX方向(誘電体基板10の側面方向)でほぼピークを有するから、アンテナ装置全体で携帯端末等の内部に載置する際の薄型化が容易となるとともに、5G規格のビームフォーミング等の放射指向性の要請に適合したアンテナ特性を確実に実現することができる。
As is clear from FIG. 7, the radiation pattern P1 of this embodiment has a directional gain of 3.3 dBi in the X direction (90°), which is sufficiently larger than the 1.7 dBi obtained by the radiation pattern P2 of the comparative example. That is, in the comparative example, due to the positional relationship between the
本実施形態のアンテナ装置は、上述の構造には限定されず、多様な変更が可能である。図8及び図9は、アンテナ素子11を構成する平面電極20~22の平面形状を変更した場合の変形例を示している。図8は、本変形例において、図3(C)と同様の導体層50cの平面構造を示し、図9は、本変形例に係るアンテナ装置をY方向に沿って図6と同方向から見た断面図(図8のD-D断面)である。本変形例では、アンテナ素子11の平面形状を長方形からクランク形状に変更したものである。なお、アンテナ素子11を含む導体層50a、50dに関しては図示を省略するが、基本的に図8と同様の平面形状が適用される。
The antenna device of this embodiment is not limited to the above-mentioned structure, and various modifications are possible. Figures 8 and 9 show modified examples in which the planar shapes of the
図8に示すように、アンテナ素子11を構成する平面電極21には、Y方向を長尺方向とする長方形の一端に、X方向に突出する突出部21cを接続したクランク形状を有する。また、平面電極21と対称的なグランド導体31には、平面電極21と同様、長方形の一端に、X方向に突出する突出部31cを接続したクランク形状を有する。なお、他の平面電極20、22及びグランド導体30、32についても、同様の突出部を有するクランク形状となっている。そして、図9に示すように、グランド導体12b、12c、12dとアンテナ素子11との間は、X方向に沿って、図1の距離D1の概ね1/2の距離D2となっている。一方、最下層のグランド導体12fとアンテナ素子11とは、互いの端部がX方向の同じ位置X1となる位置関係にある。
As shown in FIG. 8, the
本変形例の構造を採用すれば、アンテナ素子11の平面形状が単純な長方形からクランク形状となり、相対的に経路長を長くすることができる。そのため、アンテナ素子11を特定の波長に同調させる場合に必要の誘電体基板10のスペースが小さくて済み、アンテナ装置の小型化に有利となる。なお、図8及び図9に示す構造は一例であって、異なるクランク形状でアンテナ素子11を構成してもよく、グランド導体12fとアンテナ素子11の互いの端部は、同じ位置X1ではなく、ある程度離れた位置に設定してもよい。
By adopting the structure of this modified example, the planar shape of the
次に、本実施形態のアンテナ装置の作製方法の概要について、図10及び図11を参照しつつ説明する。まず、誘電体基板10を構成する複数の誘電体層として、例えば、ドクターブレード法により形成した低温焼成用の複数のセラミックグリーンシート60を用意する。そして、図10(A)に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート60の所定位置に打ち抜き加工を施して、複数のビアホール61を開口する。なお、各セラミックグリーンシート60における各ビアホール61の位置及び個数は、図1及び図2の複数のビア導体40、41、42、43の配置に対応して設定される。
Next, an overview of the method for fabricating the antenna device of this embodiment will be described with reference to Figures 10 and 11. First, a plurality of ceramic
次に、図10(B)に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート60に開口された複数のビアホール61のそれぞれに、Cuを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により充填することにより、複数のビア導体40、41等を形成する。続いて、図11(A)に示すように、それぞれのセラミックグリーンシート60の表面又は裏面に、Cuを含む導電性ペーストをスクリーン印刷により塗布することにより、導体層50a~50fのそれぞれの導体パターンを形成する。このとき形成される導体パターンと前述のビア導体40、41等とにより、アンテナ装置におけるアンテナ素子11とグランド導体12、30~32とを含む基本構造が画定される。
Next, as shown in FIG. 10(B), a conductive paste containing Cu is screen-printed to fill each of the via holes 61 opened in each ceramic
そして、図11(B)に示すように、複数のセラミックグリーンシート60を順に積層した上で、加熱加圧することにより積層体を形成する。その後、得られた積層体を脱脂、焼成することにより、本実施形態で説明したように誘電体基板10に構成されたアンテナ装置が完成する。
As shown in FIG. 11(B), a plurality of ceramic
以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で5変更を施すことができる。すなわち、図1~図9を用いて説明したアンテナ装置の構造は、本発明の作用効果を得られる限り、他の構造や材料を用いた多様なアンテナ装置に対して広く本発明を適用することができる。例えば、アンテナ素子11を構成する平面電極20~22の平面形状は、長方形やクランク形状には限られず、本発明の作用効果を得られる限り、多様な平面形状を採用することができる。また、アンテナ素子11は3つの平面電極20~22を用いる場合に限られず、2つの平面電極を用いて構成することや、4つ以上の平面電極を用いて構成することが可能である。さらに、平面電極20~22の間を接続するビア導体41の個数も適宜に増減することができる。
Although the contents of the present invention have been specifically described above based on the present embodiment, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be modified within the scope of the gist of the present invention. In other words, the structure of the antenna device described using Figures 1 to 9 can be widely applied to various antenna devices using other structures and materials as long as the effects of the present invention can be obtained. For example, the planar shape of the
一方、本実施形態では、最下層のグランド導体12fをアンテナ素子11の側に突出させる構造を示したが、アンテナ素子11の下方に位置する所定のグランド導体をアンテナ素子11の側に突出させる構造であれば本発明の適用が可能である。また、本実施形態では、アンテナ素子11と対称的に配置されたグランド導体30~32が設けられ、両者は一体的にダイポールアンテナとして機能するが、アンテナ素子11とグランド導体12のみを適切に配置すれば、対称的なグランド導体30~32を設けない場合であっても本発明の適用が可能である。この場合、アンテナ素子11はモノポールアンテナとして機能する。
Meanwhile, in this embodiment, a structure is shown in which the
10…誘電体基板
11…アンテナ素子
12、30、31、32…グランド導体
20、21、22…平面電極
23、24…導体パターン
25…給電端子
40、41、42、43…ビア導体
50a、50b、50c、50d、50e、50f…導体層
10...
Claims (8)
誘電体基板と、
前記誘電体基板に形成され、前記誘電体基板の厚さ方向である第1の方向の上方から下方の順に少なくとも第1導体層、第2導体層、第3導体層が配置される複数の導体層と、
前記第1導体層に形成される第1平面電極と、
前記第2導体層に形成され、前記第1の方向に前記第1平面電極と対向して配置される第2平面電極と、
前記誘電体基板に形成され、前記第1平面電極と前記第2平面電極との間を電気的に接続する1又は複数のビア導体と、
少なくとも、前記第1、第2、第3導体層のそれぞれに形成され、前記第1の方向から見た平面視で前記第1及び第2平面電極と重ならない領域に配置される複数のグランド導体と、
を備え、
前記第1平面電極、前記第2平面電極、前記1又は複数のビア導体は、前記アンテナ素子を構成し、
前記複数のグランド導体のうち前記第3導体層の第1グランド導体は、前記第1の方向と直交する方向から見た平面視で前記第1平面電極及び前記第2平面電極と重ならない領域、かつ、前記第1の方向で前記第1平面電極及び前記第2平面電極の下方に位置しており、前記第1グランド導体は、前記第1の方向から見た平面視で、前記第1及び第2導体層のグランド導体に比べて、前記アンテナ素子との間の距離が小さい、
ことを特徴とするアンテナ装置。 An antenna device including an antenna element electrically connected to a power supply,
A dielectric substrate;
a plurality of conductor layers formed on the dielectric substrate, the conductor layers including at least a first conductor layer, a second conductor layer, and a third conductor layer arranged in this order from top to bottom in a first direction which is a thickness direction of the dielectric substrate;
a first planar electrode formed on the first conductor layer;
a second planar electrode formed on the second conductor layer and disposed opposite the first planar electrode in the first direction;
one or more via conductors formed on the dielectric substrate and electrically connecting the first planar electrode and the second planar electrode;
at least a plurality of ground conductors formed in each of the first, second, and third conductor layers and arranged in areas not overlapping with the first and second planar electrodes in a plan view seen from the first direction;
Equipped with
the first planar electrode, the second planar electrode, and the one or more via conductors constitute the antenna element;
a first ground conductor of the third conductor layer among the plurality of ground conductors is located in a region that does not overlap with the first planar electrode and the second planar electrode in a planar view seen from a direction perpendicular to the first direction and is located below the first planar electrode and the second planar electrode in the first direction, and a distance between the first ground conductor and the antenna element is smaller than that between the first ground conductor and the ground conductors of the first and second conductor layers in the planar view seen from the first direction;
1. An antenna device comprising:
前記アンテナ素子は、前記1又は複数の第4導体層にそれぞれ形成されて前記1又は複数のビア導体を介して前記第1及び第2平面電極と電気的に接続される1又は複数の第3平面電極を更に含み、
前記第1グランド導体は、前記第1の方向から見た平面視で、前記第4導体層のグランド導体に比べて、前記アンテナ素子との間の距離が小さい、
ことを特徴とする請求項1に記載のアンテナ装置。 the plurality of conductor layers further includes one or more fourth conductor layers between the first conductor layer and the second conductor layer;
the antenna element further includes one or more third planar electrodes formed in the one or more fourth conductor layers and electrically connected to the first and second planar electrodes through the one or more via conductors,
a distance between the first ground conductor and the antenna element is smaller than a distance between the first ground conductor and the antenna element in a plan view seen from the first direction, compared to a distance between the first ground conductor and the antenna element and a ground conductor of the fourth conductor layer;
2. The antenna device according to claim 1 .
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|---|---|---|---|---|
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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