CN101499560A - 端射天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种在缩短电介质传送基板的基板长度的条件下，也能实现高增益特性的小型的端射天线装置。多个导体带元件在电介质传送基板(1)的上面，构成将电磁波的基板内传送成分的一部分从电介质传送基板(1)的表面作为表面传送成分漏出的多层加感构造部(10A)。多层加感构造部(10A)具有分别包含多个导体带元件的导体带群(11、12)，导体带群(11)导体带元件和导体带群(12)的导体带元件形成为电容耦合。在导体带群(11、12)中，至少一部分导体带元件在电介质传送基板(1)的表面，沿着传送方向，以用于产生电磁波的空间高次谐波的基准配置间隔d0的1/4以下的间隔而配置。

Description

端射天线装置

技术领域

本发明涉及在微波以上的频带、即毫米波为主的频带上收发模拟或数字高频信号的天线，特别是涉及在与设置构成天线的多个导体元件的基板相平行的方向上进行高效的放射的端射天线装置。

背景技术

近年，不仅是车载雷达，而且面向无线LAN(local area network)或无线PAN(personal area network)，研究了毫米波技术的应用。在研究毫米波无线部向小型终端的搭载时，天线部的小型化，即设置天线部的电路基板的薄型化和电路面积的削减成为必须。另一方面，与微波波段相比，在毫米波波段难以实现高输出发送系统，且传输损失增大，所以必然对天线希望高增益特性。

作为车载雷达用途的毫米波天线，如专利文献1～3和非专利文献1那样，已知一种将在电介质和空气的界面传送的电介质漏波向放射成分转换的高增益的电介质漏波天线。在专利文献1中描述了一种电介质漏波天线，具有：地板导体；电介质基板，其设置在该地板导体的一个面侧并且与该地板导体之间形成将电磁波沿着表面从一个端侧向另一个端侧传送的传送路线；加感体，其加感在该电介质基板上，并将所述电磁波从电介质基板的表面漏出；和供电部，其对由所述地板导体和所述电介质基板形成的传送路线的一个端侧供给电磁波，其特征在于：在所述地板导体和电介质基板之间设置了电介质层，该电介质层具有比该电介质基板更小的介电常数。加感体是以与传输路线内的电磁波的传输方向相正交的方式并以规定间隔d平行设置的多个金属带，并在电介质基板上形成于与电介质层的一侧相反一侧的表面上，而且，将在电介质基板中传输的电磁波的一部分向电介质漏波进行转换。

根据专利文献1，为了在以与电介质基板正交的轴为基准的角度φn的方向上使电介质漏波漏出，加感体的配置间隔d有必要满足以下表达式。

[数1]

sin(φn)

＝(β/k0)+n(λ0/d)

＝(λ0/λg)+n(λ0/d)

其中，λ0是自由空间波长，λg是电介质传送路线的传送路线内波长，β是电介质传送路线的传输常数，k0是自由空间中的传输常数，n是整数。本申请或专利文献1对作为目标的平行于电介质基板的放射成分进行讨论时，角度φn是90度。如果假定只有n＝-1是成为放射波的端射的条件，来选择加感体的配置间隔d，则加感体的配置间隔d就满足以下的表达式。

[数2]

$d$

$=\mathrm{\λ}0/[(\mathrm{\λ}0/\mathrm{\λg})-1]$

其中，εr是电介质基板的比介电常数。

此外，在非专利文献1中，描述了使用专利文献1的技术，用60～70％左右的效率来实现30dBi左右的增益的电介质漏波天线的设计例。根据非专利文献1内的图5和表3，可知电介质基板的尺寸(开口部)是60×60mm，设置金属带(加感体)的间隔d是1.7mm，所以在非专利文献1的电介质漏波天线中，经30周期以上配置金属带。

此外，在专利文献1的电介质漏波天线中，为了抑制由加感体产生的传送路线内反射，以将所述加感体(以下称作第一加感体)的金属带分别形成成对的方式设置另一组的加感体(以下称作第二加感体)的金属带。第二加感体的金属带具有配置间隔d而彼此平行设置，在电介质基板上，在与第一加感体相反的一侧(即面向电介质层的一侧)形成。此外，第二加感体的金属带相对于传送路线内波长λg，设置在沿着传送路线的传送方向从第一加感体的金属带只偏移λg/4的位置上。第一加感体和第二加感体分别作为加感体以彼此抵消相互的反射的方式在电路上起作用。

另一方面，在专利文献2中描述了一种具有在电介质基板的表面上以给定间隔平行设置的多个漏出用金属带的电介质漏波天线，各漏出用金属带的功能与专利文献1的加感体的功能相同。此外，在专利文献3中描述了除了专利文献1的第一和第二加感体的金属带以外，为了使放射的电磁波的偏振波旋转，还在另外的布线层构成出射用金属带的例子。

[专利文献1]特开2001-320229号公报

[专利文献2]特开2003-158420号公报

[专利文献3]特开2002-237716号公报

[非专利文献1]T.Teshirogi，“High-efficiency，dielectric slab leaky-waveantennas”，IEICE Trans.Commun.，vol.E84-B，No.9，pp.2387-2394，2001年9月。

从专利文献1～3可知，当无法认为产生空间高次谐波、并漏出来自表面的电介质漏波的电介质基板的基板长度(即排列加感体的金属带的区域的长度)比自由空间波长λ0足够长时，以往的电介质漏波天线的设计原理产生破绽，而难以实现高增益特性。具体而言，在电介质基板的基板长度短的条件下，如果以满足数学式2的方式来决定加感体的配置间隔d，则加感体的配置个数或者加感体对的配置对数就被限定于极小的值。

在专利文献1的电介质漏波天线中，是在电介质基板的表面和背面上，而在专利文献2的电介质漏波天线中，是在电介质基板的表面上，以相当于传送路线内波长λg的1/4倍的间隔配置了追加的加感体。可是，这些加感体的追加，如各专利文献内明确描述的那样，不是以发现增益增大的效果作为目的。此外，在专利文献3中，新导入第3层的金属带构造，但是它也不是以增益增大作为目的。

发明内容

如上所述，在缩短了电介质基板的基板长度的条件下，难以应用以往的天线设计技术，在取得高增益方面有限。本发明的目的在于，提供一种克服该课题，即使在缩短电介质基板的基板长度的条件下，也能实现高增益特性的小型的端射天线装置。

根据本发明的方式的端射天线装置，具有：电介质传送基板；和多个导体带元件，设置在所述电介质传送基板上，以使与平行于所述电介质传送基板的给定传送方向相正交，在所述电介质传送基板的内部，沿着所述传送方向传送电磁波的基板内传送成分，并且在所述电介质传送基板的表面，沿着所述传送方向传送所述电磁波的表面传送成分，在所述电介质传送基板的一端，放射所述电磁波的基板内传送成分和表面传送成分的合成电磁波，其特征在于：

所述多个导体带元件在所述电介质传送基板的至少一个面上，构成多层加感构造部，所述多层加感构造部使所述电磁波的基板内传送成分的一部分作为所述表面传送成分从所述电介质传送基板的表面漏出，

所述多层加感构造部，具有：第一导体带群，包含设置在第一平面内的多个导体带元件；和第二导体带群，包含设置在从所述第一平面只隔开给定距离的第二平面内的多个导体带元件，所述第一导体带群的导体带元件和所述第二导体带群的导体带元件形成为电容耦合，

在所述第一和第二导体带群的每个上，至少一部分的导体带元件在所述电介质传送基板的表面，沿着所述传送方向，以用于产生所述电磁波的空间高次谐波的基准配置间隔的1/4以下的间隔而配置。

在所述端射天线装置中，其特征在于：所述基准配置间隔设定为所述电磁波的自由空间波长的0.46～2.23倍中的任意一个。

此外，在所述端射天线装置中，其特征在于：

所述电介质传送基板是包含多个电介质层和多个导体层的多层布线基板，

所述第一导体带群的导体带元件形成在所述电介质传送基板的表面的导体层上，

所述第二导体带群的导体带元件形成在所述电介质传送基板的内部的导体层上。

在所述端射天线装置中，其特征在于：

所述第一导体带群的导体带元件和所述第二导体带群的导体带元件在一部分区域相对置。

此外，在所述端射天线装置中，其特征在于：

所述第一导体带群的导体带元件中的相邻的2个导体带元件，与所述第二导体带群的导体带元件中的一个导体带元件分别在一部分的区域相对置。

此外，在所述端射天线装置中，其特征在于：所述多层加感构造部，在沿着所述传送方向的所述多层加感构造部的配置区域的一部分中，包含不配置所述导体带元件的连续的区域即除去区域，所述除去区域的区域长度设定在所述配置区域的区域长度的50％以下的范围。

在所述端射天线装置中，其特征在于：所述除去区域的区域长度设定在所述配置区域的区域长度的10％以上20％以下的范围。

此外，在所述端射天线装置中，其特征在于：具有包含第一多层加感构造部和第二多层加感构造部的2个多层加感构造部，其中，所述第一多层加感构造部设置在所述电介质传送基板的上面，所述第二多层加感构造部设置在所述电介质传送基板的下面。

此外，在所述端射天线装置中，其特征在于：在所述电介质传送基板的上面和下面的至少一方，通过具有比所述电介质传送基板更低的介电常数的电介质基板进行面接触，来支撑所述电介质传送基板。

根据本发明的端射天线装置，使用与以往相比电介质传送基板的基板长度更缩短的小型的天线构造，能实现高的增益特性。根据本发明的端射天线装置，不增大电介质传送基板的电路占有面积，就能取得高增益。或者，根据本发明的端射天线装置，能实现在以往的天线设计技术中无法实现的天线部的面积节省。

附图说明

图1是用局部透视表示本发明实施方式1的端射天线装置的结构的立体图。

图2是图1的端射天线装置的yz面的剖视图。

图3是图1的端射天线装置的从+z方向的主视图。

图4是图2的剖视图的包含导体带群11、12的部分的放大图。

图5是表示本发明实施方式1的变形例的端射天线装置的结构的yz面的剖视图，是包含导体带群11、12的部分的放大图。

图6是用局部透视表示本发明实施方式2的端射天线装置的结构的立体图。

图7是图6的端射天线装置的yz面的剖视图。

图8是用局部透视表示本发明实施方式3的端射天线装置的结构的立体图。

图9是用局部透视表示本发明实施方式4的端射天线装置的结构的立体图。

图10是图9的端射天线装置的从+z方向的主视图。

图11是用局部透视表示本发明实施方式5的端射天线装置的结构的立体图。

图12是图11的端射天线装置的从+z方向的主视图。

图13是表示本发明实施例1的端射天线装置、比较例1、2以及4的天线上的相对于非屏蔽区域的区域长度L1的峰值增益特性的曲线图。

图14是表示本发明实施例2的端射天线装置上的相对于基准配置间隔d0和实际的间隔d1＝d2＝d3＝d4的比的峰值增益特性、比较例1、2以及4的天线上的增益特性的曲线图。

图15是表示本发明实施例3的端射天线装置的相对于非屏蔽区域的区域长度L1和除去区域22的区域长度L22的比的峰值增益特性和旁瓣抑制比的曲线图。

符号的说明

1—电介质传送基板；1a、1aa、1ab、1b、1c、1d、1e—电介质层；31、32—电介质基板；2、2a—接地导体；3—供电线路；4—转接导体；10A、10B—多层加感构造部；11、12、13、14、11A、12A、13A、14A、11B、12B、13B、14B—导体带群；11-1、11-2…、11-n、12-1、12-2、…、12-m、13-1、13-2、…、13-m、14-1、14-2…、14-n—导体带元件；21—第一区域；22—除去区域；23—第二区域。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施例。对同样的构成要素赋予相同的参照符号，并省略重复的说明。

实施方式1

图1是用局部透视表示本发明实施方式1的端射天线装置的结构的立体图，图2是图1的端射天线装置的yz面的剖视图，图3是图1的端射天线装置的从+z方向的主视图。本实施方式的端射天线装置是一种具有在图1的z轴方向的传送方向上延伸的电介质传送基板1、与z轴方向正交地设置在电介质传送基板1上的多个导体带元件，沿着电介质传送基板1的内部和表面在z轴方向上传送电磁波，并从电介质传送基板1的+z方向的端面(开放端面)放射电磁波的天线。本实施方式的端射天线装置的特征在于，在电介质传送基板1的上面和下面的表层附近，具有包含以比以往高很多的密度设置的导体带元件的多层加感构造部10A、10B，据此，能一边将端射天线装置小型化，一边同时实现高增益化。

电介质传送基板1在图1～图3中，表示为与xz面平行地设置。电介质传送基板1划分为2个区域、即，其周边由接地导体2所电磁屏蔽的屏蔽区域和从屏蔽区域的开口部(即，接地电极2的+z方向的端部)将电介质传送基板1突出、区域长度L1的非屏蔽区域。如图2所示，电介质传送基板1作为具有电介质层1a和分别设置在电介质层1a的上下的电介质层1b、1c的多层布线基板而构成，电介质层1a还具有电介质层1aa和电介质层1ab。电介质传送基板1构成为在电介质层1b的上面(即上侧的表面)、电介质层1a的上面(即电介质层1a与1b之间的内层)、电介质层1a的下面(即电介质层1a与1c之间的内层)、电介质层1c的下面(即下侧的表面)分别具有导体层。在电介质层1b的上面的导体层上，与z轴方向正交地形成导体带群11，该导体带群11由以给定周期或间隔d1平行设置的多个导体带元件11-1、11-2…、11-n构成。在电介质层1a的上面的导体层上，与z轴方向正交地形成导体带群12，该导体带群12由以给定周期或间隔d2平行设置的多个导体带元件12-1、12-2、…、12-m构成。在电介质层1a的下面的导体层上，与z轴方向正交地形成导体带群13，该导体带群13由以给定周期或间隔d3平行设置的多个导体带元件13-1、13-2、…、13-m构成。而且，在电介质层1c的下面的导体层上，与z轴方向正交地形成导体带群14，该导体带群14由以给定周期或间隔d4平行设置的多个导体带元件14-1、14-2…、14-n构成。导体带群11、12、13、14分别在电介质传送基板1的非屏蔽区域经z轴方向的整体而设置。以下，也将电介质传送基板1的非屏蔽区域称作导体带元件(或多层加感构造部10A、10B)的配置区域。导体带群11的导体带元件和导体带群12的导体带元件经由电介质层1b而贴近设置，从而形成为相互电容耦合。同样，导体带群13的导体带元件和导体带群14的导体带元件经由电介质层1c而贴近设置，从而形成为相互电容耦合。导体带群11、12在电介质传送基板1的上面，构成使在电介质传送基板1内传送的基板内传送电磁波成分的一部分作为表面传送电磁波成分从电介质传送基板1的表面漏出的多层加感构造部10A，导体带群13、14也同样在电介质传送基板1的下面，构成将在电介质传送基板1内传送的基板内传送电磁波成分的一部分作为表面传送电磁波成分从电介质传送基板1的表面漏出的多层加感构造部10B。

在本申请的端射天线装置中，为了决定在导体带群11、12、13、14的各自上配置导体带元件的间隔，根据所述的数学式2，新导入由以下表达式决定的基准配置间隔d0。

[数3]

d0

≡λ0/[√εr)—1]

＝k·λ0

这里，εr是电介质层1a、1b、1c的比介电常数，k是给定的比例系数。在专利文献1等的以往技术的电介质漏波天线中，有选择地增强向特定方向的放射是为了将在电介质传送基板的表面所泄漏的电磁波按每一个有效波长叠加。因此，能理解为由数学式3定义的基准配置间隔d0相当于一边沿着电介质传送基板传送，一边增强强度的空间高次谐波成分的有效长度，在以往技术中，如果以基准配置间隔来配置加感体，则能在电介质传送基板的表面沿着传送方向产生电磁波的空间高次谐波。根据数学式3，基准配置间隔d0与自由空间波长λ0成比例，且比例系数k依存于电介质传送基板的比介电常数。如果参考作为高次谐波电路板中、作为实用的基板而公知的聚四氟乙烯(注册商标)或氧化铝等的比介电常数(2.1～10左右)，比例系数k的值相当于0.46～2.23的范围。另外，这里，排除在电介质传送基板的表面所配置的多层加感构造部对传送路线的有效波长带来的影响。

在本实施方式中，配置导体带群11、12、13、14各自的导体带元件的周期或间隔d1、d2、d3、d4设定为比基准配置间隔d0更小的值，并优选设定为基准配置间隔d0的1/4以下。导体带群11、12、13、14的各自上的导体带元件的配置间隔也可以不固定，此外，配置间隔和个数也可以按导体带群11、12、13、14的每个而不同。例如，导体带群11的导体带元件以多个不同的间隔配置，间隔的最小值可以设定为基准配置间隔d0的1/4以下，此外，其他配置导体带群12、13、14的导体带元件能分别以所希望的间隔配置。此外，配置导体带群11、12、13、14的导体带元件如图3所示，在x轴方向上具有与电介质传送基板1的宽度L11几乎相等的长度L12。本实施方式的端射天线装置无论导体带群11、12、13、14的导体带元件是否延伸到电介质传送基板1的x轴方向的端部，能同样发挥良好的性能，因此，如图3所示，在电介质传送基板1的x轴方向的端部，即使除去导体带元件，增益增大的效果也不降低。

电介质传送基板1如图2所示，由屏蔽区域内的供电电路供电(在图1中，为了图示的简单化而省略)，在非屏蔽区域中，朝着z轴正的方向、即朝着以从屏蔽区域的一侧向+z方向的端面(开放端面)的一侧的方式而规定的传送方向，构成沿着电介质传送基板1的内部和表面使电磁波传送的传送路线。供电电路如图2所示，构成为具有：设置在电介质层1a的上面(即电介质层1a与1b之间的导体层)，并与外部电路(未图示)连接的供电线路3；和连接于供电线路3的顶端部，并在y轴方向上贯通电介质层1aa的转接导体4。具有转接导体4的结构在多层布线基板、即电介质传送基板1的制造时能用通常的工艺形成，所以不引起制造成本的增大。为了向电介质传送基板1供电，并不局限于在供电线路3的顶端部具有转接导体4的结构，也可以使用其他结构。例如，将供电线路3的顶端部分支，作为顶端开放短管，也能激励电介质传送基板1。

接地导体2例如由经给定的厚度包围电介质传送基板1的周围的中实心的导体构成。代替它，也可以由彼此贴近排列的多个转接导体包围电介质传送基板1而构成接地导体2。在屏蔽区域，电磁屏蔽电介质传送基板1的接地导体2的构造能实现作为在本实施方式的端射天线装置上，将向后方(-z方向)放射的不要的电磁波向前方(+z方向)反射的腔的功能。即能设计为利用接地导体2，对本实施方式的端射天线装置带来与天线开口的实际上的扩大相同的效果。此外，本实施方式的端射天线装置在电介质传送基板1的内部，还可具有作为用于将从转接导体4激励的电磁波向+z方向反射的反射导体的接地导体2a。此外，在接地导体2和电介质传送基板1之间也可设置间隙，并由空气或新导入的低介电常数的电介质基板填充。也能在屏蔽区域的开口部的面以外的面上设定本实施方式的端射天线装置的表面传送电磁波成分的反射面，能进一步扩大设计的自由度。

这里，说明多层加感构造部10A、10B的功能。本申请的各实施方式的端射天线装置的多层加感构造部10A、10B的功能与以往技术的电介质漏波天线的加感体的功能不同。专利文献1～3和非专利文献1等的以往技术的加感体(或金属带)是以应用电磁波的波的性质，并规则地以同相将想放射的成分的波叠加而有选择地增强作为目的而配置的。因此，加感体的配置间隔d终究必须满足数学式2(即实质上与基准配置间隔d0相等的间隔)，例如，配置间隔d无论是基准配置间隔d0的一半，还是1/4，都不能发现增益增大的功能。而在本实施方式的端射天线装置的多层加感构造部10A、10B，导体带群11、12、13、14的各自上的导体带元件的配置间隔d1、d2、d3、d4至少在一部分的区域中设定为d0/4以下。例如，在电介质传送基板1的上面的多层加感构造部10A，设定为d1＝d2＝d0/12，如果沿着传送方向(z轴方向)，只错开δ<d0/12来配置导体带群11的导体带元件和导体带群12的导体带元件，则沿着传送方向的导体带元件之间的配置间隔相对于基准配置间隔d0，达到极微小的值。可是，如后所述，用所述条件制作的本发明的实施例的端射天线装置与以往技术的天线相比，取得了更大幅度的增益增强效果。这意味着在本申请的各实施方式中，新发现在将波的叠加作为起源的以往的设计方法中所无法期待的效果。

一般，在电介质漏波天线中，在电介质传送基板中传送而从电介质传送基板的开放端向所希望方向放射的基板内传送电磁波成分、与一边在电介质传送基板和空气的界面传送一边向所希望方向放射的表面传送电磁波成分的前进速度不同。前者由于在电介质的内部传送，所以前进速度慢，后者因为空气的介电常数比基板的介电常数更低，所以前进速度快。可是，在以往技术的天线中，所述速度差不产生显著的不良影响。由于将电介质传送基板的基板长度设定为足够长的值，所以对电介质传送基板内供电的电磁波能量的大部分转换成表面传送电磁波成分，因此，在设计时只要考虑表面传送电磁波成分即可。如非专利文献1的表3所述，在以往技术的天线中，设计为开放端的残留能量设定为10％。即在以往技术的天线中，输入能量的90％转换为表面传送电磁波成分。而在本申请的各实施方式的端射天线装置中，在电介质传送基板1的非屏蔽区域的区域长度(实质上相当于以往技术的天线的基板长度)L1较小的条件下，为了实现高增益，必须与高效地向所希望的方向(即+z方向)放射基板内传送电磁波成分相结合。因此，有必要降低基板内传送电磁波成分和表面传送电磁波成分的前进速度差，并将两个放射成分的相位合成。在本申请的各实施方式中，通过在电介质传送基板1的表层所密集配置的导体带元件之间产生布线电容，从而有选择地增大对表面传送电磁波成分的有效介电常数。因此，在本申请的各实施方式中，基板内传送电磁波成分和表面传送电磁波成分之间的前进速度差下降，所以有助于两个电磁波成分的合成电磁波有效地向+z方向放射。

此外，从屏蔽区域向非屏蔽区域的传送路线构造的不连续的转移从电介质传送基板向空气产生无用的能量的泄漏，会妨碍高增益特性的实现。在本申请的各实施方式的端射天线装置中，通过导入密集配置了导体带元件的多层加感构造部10A、10B，能抑制能量损失。作为结果，尤其是在采用了介电常数低的树脂基板时，能将基板内传送电磁波成分与表面传送电磁波成分的强度比，比以往相对增大，能在电介质传送基板1的非屏蔽区域的区域长度L1较短的条件下取得高的增益。

下面，说明多层加感构造部10A、10B的详细构造。

图4是图2的剖视图的包含导体带群11、12的部分的放大图，图5是表示本发明实施方式1的变形例的端射天线装置的结构的yz面的剖视图，是包含导体带群11、12的部分的放大图。如图4、图5所示，在电介质传送基板1的上面的多层加感构造部10A中，为了在导体带群11的导体带元件和导体带群12的导体带元件之间取得大的交叉电容，优选两者至少在一部分的区域相对置(即从+y方向观察，相重叠)而配置。优选如图4所示，沿着传送方向(z轴方向)，错开配置导体带群11的导体带元件和导体带群12的导体带元件，且导体带元件之间的交叉电容沿着z轴方向连续取得。即，优选配置导体带群11的导体带元件中相邻的2个导体带元件，与导体带群12的导体带元件中的一个分别在一部分的区域相对置。此外，本实施方式的多层加感构造部10A并不局限于如图4所示，将各导体带群11、12的导体带元件错开配置，如果能在导体带元件之间取得交叉电容，也可以如图5所示那样构成。另外，根据本发明者进行的仿真，本发明的各实施方式的端射天线装置的性能不依存于在多层加感构造部10A，在导体带元件之间形成的电容值。即，本实施方式的端射天线装置，只要在多层加感构造部10A，在导体带元件之间形成的电容，则与以往技术的电介质漏波天线相比，能取得大幅度的增益增大效果。在电介质传送基板1的下面的多层加感构造部10B，导体带群13、14也与导体带群11、12同样构成。

电介质传送基板1例如作为低温同时烧成陶瓷(LTCC)构成。各导体带群11、12、13、14能通过用于多层印刷电路板或低温烧结陶瓷工艺的通常的图案形成的制造工艺，容易地形成，其厚度实际订单是10μm左右。

在本实施方式中，在电介质传送基板1的上面和下面的双方设置了多层加感构造部10A、10B，但是根据需要，也可以只在一方的面上设置多层加感构造部。一般，如果只在薄的电介质传送基板的一个面侧将导体带元件进行图案形成，则会使基板发生翘曲，由于该翘曲，在组装时，有时会发生断裂或龟裂，但是如本实施方式那样，如果在电介质传送基板1的上面和下面的双方分别构成多层加感构造部10A、10B，则电介质传送基板1自身的翘曲就变得非常少，从而能极为减少断裂或龟裂的发生。此外，当在电介质传送基板中传送而从电介质传送基板的开放端放射的基板内传送电磁波成分的相位、与在电介质传送基板和空气的界面传送而放射的表面传送电磁波成分的相位产生偏移时，有时合成而取得的放射束的取向方向会倾斜。为了避免这样的主射束方向的倾斜现象，优选在电介质传送基板1的上面和下面的双方分别构成多层加感构造部10A、10B。

此外，电介质传送基板1的上面和下面的多层加感构造部10A、10B分别没必要是2层构造。也能采用具有3层以上的导体带群，且对这些导体带群的导体带元件进行了电容耦合的多层加感构造部。

如上所述，根据本实施方式的端射天线装置，能一边将端射天线装置小型化，一边同时实现高增益化。

实施方式2

图6是用局部透视表示本发明实施方式2的端射天线装置的结构的立体图，图7是图6的端射天线装置的yz面的剖视图。在图6和图7中，电介质传送基板1以及供电电路的详细结构与实施方式1相同，所以省略说明。本实施方式的端射天线装置的特征在于，在多层加感构造部的配置区域的一部分设置了不配置导体带元件的连续的区域、即除去区域22。如图7所示，在具有区域长度L1的电介质传送基板1的非屏蔽区域(即多层加感构造部10A、10B的配置区域)，电介质传送基板1的上面和下面的各多层加感构造部10A、10B包含接近接地导体2的区域长度L21的第一区域、和接近该电介质传送基板1的+z方向的端面的区域长度L23的第二区域，在这些第一和第二区域之间包含区域长度L22的除去区域22。除去区域22的区域长度L22相对于配置区域的区域长度L1，设定为50％以下的值，更优选设定为10％～20％的值。此外，在各多层加感构造部10A、10B，第一区域21的区域长度L21相对于配置区域的区域长度L1，优选设定为50％以上的值。

设置除去区域22的目的在于抑制旁瓣。当非屏蔽区域的区域长度L1在工作区域设定为超过1自由空间波长的值时，如果经非屏蔽区域的整体来配置多层加感构造部10A、10B，就会有使向所希望方向(+z方向)以外的方向的无用放射增加的倾向，为了一部分的应用不是优选的。设置除去区域22能有效抑制所述无用的放射。扩大除去区域22的区域长度L22虽降低了本申请的第一目的、即向所希望方向(+z方向)的高效的放射的效果，但是根据后面描述的实施例3，只要除去区域22的区域长度L22相对于配置区域的区域长度L1，设定为50％以下的范围，就能维持增益增大的效果。此外，如果除去区域22的区域长度L22相对于配置区域的区域长度L1，变为10％以上，则旁瓣抑制效果就急剧增大，如果超过比20％更大的值，就观察到饱和的倾向。此外，当除去区域22的区域长度L22相对于配置区域的区域长度L1，设定为20％时，几乎不发生增益恶化。根据以上的结果，优选除去区域22的区域长度L22相对于配置区域的区域长度L1，设定为50％以下，更优选设定为10％以上20％以下。

在以往技术的天线中，应该周期地配置加感体或金属带。因此，如果在一部分区域除去加感体或金属带，则电磁波的周期的叠加的效果就下降，引起显著的增益特性恶化。在本实施方式中，除去区域22不产生显著的增益恶化的本身就证明本申请的各实施方式的多层加感构造部10A、10B的功能与以往技术的加感体或金属带的功能不同。此外，根据以上的理由，构成本申请的多层加感构造部10A、10B的导体带之间的配置间隔没必要固定。

如上所述，根据本实施方式的端射天线装置，能一边将端射天线装置小型化，一边同时实现高增益化。

实施方式3

图8是用局部透视表示本发明实施方式3的端射天线装置的结构的立体图。在本申请的实施方式的端射天线装置中，构成多层加感构造部10A、10B的导体带元件没必要在电介质传送基板1的宽度方向整面形成。本实施方式的端射天线装置的特征在于，在实施方式1的端射天线装置的导体带群11、12、13、14在宽度方向(x轴方向)的中央分别分割为2，并作为导体带群11A和11B、12A和12B、13A和13B、14A和14B而构成。端射天线装置的构造中的全部导体带群的导体带元件，即使在电介质传送基板1的宽度方向的中央分割为2，在工作区域的放射特性和反射特性也不发生大的变化，能取得与本申请的实施方式有关的有利的效果。

实施方式4

图9是表示本发明实施方式4的端射天线装置的结构的yz面的剖视图，图10是图9的端射天线装置的从+z方向的主视图。如图9和图10所示，在本发明实施方式的端射天线装置中，构成多层加感构造部10A、10B的导体带元件的一部分(即导体带群11、14的导体带元件)没必要一定在电介质传送基板1的表层露出。可是，当在电介质传送基板1的表面设置了多层加感构造部10A、10B时，增大电介质漏波的有效介电常数的本申请的效果能最大化，作为实施方式是优选的。

实施方式5

图11是表示本发明实施方式5的端射天线装置的结构的yz面的剖视图，图12是图11的端射天线装置的从+z方向的主视图。本实施方式的端射天线装置的特征在于，构成为在电介质传送基板1的非屏蔽区域的至少一部分，电介质传送基板1的下面、或者上面和下面的双方通过与电介质基板31、32进行面接触，来支撑电介质传送基板1。电介质基板31、32具有比配置多层加感构造部10A、10B的电介质传送基板1更低的介电常数。通过追加电介质基板31、32，不仅能改善端射天线装置的机械强度，而且通过采用低介质常数的基板31、32，能将从电介质传送基板1漏出的电磁波的比率、或电介质漏波的传输常数等电路设计参数的变化抑制到最小限度。

[实施例1]

以下，说明与本发明实施例的端射天线装置、基于以往技术的比较例的天线有关的仿真结果。

首先，参照图1～图4，表示本发明实施例的端射天线装置的结构。电介质传送基板1是具有厚度L2＝0.7mm、宽度L11＝3.8mm、介电常数4.9的陶瓷基板。接地导体2的高度L5是3.7mm，是从电介质传送基板1的上面和下面分别延长了L6＝L7＝1.5mm的构造。在供电电路中，转接导体4具有直径100微米，将电介质传送基板1的上面作为基准，延伸到深度L8＝400微米的位置，在60GHz，取得了成为负10dB以下的良好的反射特性。在电介质传送基板1的上面的多层加感构造部10A，导体带群11、12的导体带元件经由厚度L3＝85微米的电介质层1b进行电容耦合，在电介质传送基板1的下面的多层加感构造部10B中，导体带群13、14的导体带元件经由厚度L4＝85微米的电介质层1b进行电容耦合。导体带群11、14的各导体带元件分别配置为从+y方向观察的投影完全重叠。同样，导体带群12、13的各导体带元件分别配置为从+y方向观察的投影完全重叠。可是，导体带群11、12的导体带元件沿着z轴方向只错开长度δ＝d0/24而配置，导体带群13、14的导体带元件也沿着z轴方向，只错开长度δ＝d0/24而配置。全部导体带元件的x轴方向的长度L12设为3.4mm，z轴方向的宽度设是d0/18。

而比较例1～4的天线具有与所述实施例的结构有以下不同的结构。比较例1的天线构成为完全不具有导体带元件。此外，在比较例2的天线中，代替本发明实施例的导体带群11、12、13、14的导体带元件，只在电介质传送基板1的上面和下面的表层以配置间隔d(＝d0)配置导体带元件，并将电介质传送基板1的上面的导体带元件和下面的导体带元件相对于传送路线内波长λg，沿着z轴方向只错开λg/4而配置。因此，比较例2的天线具有与专利文献1的电介质漏波天线相对应的结构。此外，在比较例3的天线中，代替本发明实施例的导体带群11、12、13、14的导体带元件，只在电介质传送基板1的表面的表层以配置间隔d(＝d0)配置多个导体带元件对，各对的导体带元件彼此沿着z轴方向，只隔开λg/4而配置，而且，在电介质传送基板1的下面整面形成了接地导体。因此，比较例3的天线具有与专利文献2的电介质漏波天线相对应的结构。但是，在比较例3中，最大增益方向未很好地向着所希望的方向(+z方向)，所以在比较例4的天线中，构成为从比较例3的天线除去电介质传送基板1的下面的接地导体，并对称配置上面的多个导体带元件对的构造。从以上的说明可知，比较例2～4的各天线具有导体带元件，但是这些导体带元件不构成多层加感构造部。在比较例的1～4的全部中，经电介质传送基板1的非屏蔽区域的z轴方向的整体，只配置了能配置的上限的数量的导体带元件。此外，在比较例的1～4的全部中，导体带元件的z轴方向的宽度设为d0/18。

图13是表示本发明实施例1的端射天线装置、比较例1、2以及4的天线的相对于非屏蔽区域的区域长度L1的峰值增益特性的曲线图。以工作频率60GHz使天线工作时，在本发明的实施例1的端射天线装置和比较例1、2和4的各天线中，在5mm(＝λ0)附近的范围内，使电介质传送基板1的非屏蔽区域的区域长度L1变化，测量了最大增益方向的峰值增益。另外，在本发明实施例1中，各导体带群11、12、13、14的导体带元件分别以间隔d1＝d2＝d3＝d4＝d0/12周期进行配置。本发明的实施例1在使区域长度L1变化的范围整体内，实现了超过比较例1、2和4的全部的高的增益。例如，在比较例4中，为了取得增益11.4dBi，区域长度L1＝10mm成为必要，但是在本发明的实施例1中，即使是非屏蔽区域为一半的长度5mm的小型天线构造，也能取得同等以上的增益。此外，当将区域长度L1固定在5mm(＝λ0)时，本发明实施例1能实现比比较例4高1.8dB、比比较例2高2.1dB，、比比较例1高2.5dB的增益。在以下的表1总结了区域长度L1＝5mm时的本发明实施例的增益和比较例1～4的增益。

[表1]

[实施例2]

图14是表示本发明实施例2的端射天线装置的相对于基准配置间隔d0与实际的间隔d1＝d2＝d3＝d4的比的峰值增益特性、比较例1、2以及4的天线的增益特性的曲线图。在本发明实施例2中，将非屏蔽区域的区域长度L1固定为5mm，而使配置导体带元件的间隔d1＝d2＝d3＝d4变化。在图14的横轴，以基准配置间隔d0将配置导体带元件的间隔d1＝d2＝d3＝d4标准化。另外，在图14还表示了与比较例1、2和4的天线有关的在L1＝5mm下的增益特性。根据图14，在本发明实施例2中，在间隔d1＝d2＝d3＝d4成为基准配置间隔d0的25％以下的值(例如24.6711％)的条件下，增益的增大效果变得显著。此外，在间隔d1＝d2＝d3＝d4成为低于基准配置间隔d0的10％的值的条件下，取得比比较例1、2和4的任意一个都大1dB以上的特别优选的增益增大效果。

[实施例3]

图15是表示本发明实施例3的端射天线装置的相对于非屏蔽区域(即多层加感构造部10A、10B的配置区域)的区域长度L1与除去区域22的除去长度L22的比的峰值增益特性和旁瓣抑制比的曲线图。本实施例3与图6以及图7所示的本发明的实施方式2的设置了除去区域22的端射天线装置相对应。这里，将非屏蔽区域的区域长度L1固定为6mm，并在电介质传送基板1的上面和下面的各多层加感构造部10A、10B，将与电介质传送基板1的+z方向的端面相接近的第2区域23的区域长度L23固定为0.5mm，而使除去区域22的区域长度L22(以及第一区域21的区域长度L21)变化。在本实施例3中，其他条件与实施例1相同。在图15中，白块表示峰值增益特性，黑块表示对于主射束的旁瓣抑制比。在实施例3中，即使除去区域22的区域长度L22占据配置区域的区域长度L1的20％，由于不具有除去区域22而引起的增益下降仅在0.2dB。而通过将除去区域22的区域长度L22设定为配置区域的区域长度L1的20％，旁瓣抑制比从10dB急剧改善为16.2dB。在图13的比较例4中，配置区域的区域长度L1为6mm时的增益虽是10.5dB，但是在本发明实施例3中，在除去区域22的区域长度L22占据配置区域的区域长度L1的50％的条件下，实施例3的增益成为与比较例4同等。该条件下的实施例3的旁瓣抑制比16.7dB比比较例4的旁瓣抑制比15.6dB改善了1.1dB。此外，当将除去区域22的区域长度L22设定为配置区域的区域长度L1的10％时，不仅没有增益恶化，而且旁瓣抑制比比不具有除去区域22时改善了4.3dB。从以上的实施例3的特性证明了如果将除去区域22的区域长度L22相对于配置区域的区域长度L1，设定为50％以下，更优选为10％以上20％以下，就能取得本申请的实施方式2的有利的效果。

如上所述，通过本发明的实施例和比较例的比较，证实了本申请的各实施方式的端射天线装置的小型化、高增益化、旁瓣抑制的效果。

工业上的可利用性

本发明的端射天线装置不增大电路占有面积，而能取得高增益特性，所以能期待在以往技术的天线中无法实现的天线部的面积节省、搭载到小型便携式终端装置等的效果。例如，在AV设备等家用电器的遥控器中能搭载。尤其是在发送系统的高输出化和接收系统的低噪声化困难的毫米波波段，能发挥消耗功率低、通信区的扩大、传送容量的增大等显著的效果。此外，能实现小型且高指向性等，所以不仅是在数据信息的无线传送中，在电力的无线传送中也能广泛使用，工业上的可利用性极高。

Claims (9)

1.一种端射天线装置，具有：电介质传送基板；和多个导体带元件，设置在所述电介质传送基板上，以使与平行于所述电介质传送基板的给定传送方向相正交，在所述电介质传送基板的内部，沿着所述传送方向传送电磁波的基板内传送成分，并且在所述电介质传送基板的表面，沿着所述传送方向传送所述电磁波的表面传送成分，在所述电介质传送基板的一端，放射所述电磁波的基板内传送成分和表面传送成分的合成电磁波，其特征在于：

所述多个导体带元件在所述电介质传送基板的至少一个面上，构成多层加感构造部，所述多层加感构造部使所述电磁波的基板内传送成分的一部分作为所述表面传送成分从所述电介质传送基板的表面漏出，

所述多层加感构造部，具有：第一导体带群，其包含设置在第一平面内的多个导体带元件；和第二导体带群，其包含设置在从所述第一平面只隔开给定距离的第二平面内的多个导体带元件，所述第一导体带群的导体带元件和所述第二导体带群的导体带元件形成为电容耦合，

在所述第一和第二导体带群的每个上，至少一部分的导体带元件在所述电介质传送基板的表面，沿着所述传送方向，以用于产生所述电磁波的空间高次谐波的基准配置间隔的1/4以下的间隔而配置。

2.根据权利要求1所述的端射天线装置，其特征在于：

所述基准配置间隔设定为所述电磁波的自由空间波长的0.46～2.23倍中的任意一个。

3.根据权利要求1所述的端射天线装置，其特征在于：

所述电介质传送基板是包含多个电介质层和多个导体层的多层布线基板，

所述第一导体带群的导体带元件形成在所述电介质传送基板的表面的导体层上，

所述第二导体带群的导体带元件形成在所述电介质传送基板的内部的导体层上。

4.根据权利要求1所述的端射天线装置，其特征在于：

所述第一导体带群的导体带元件和所述第二导体带群的导体带元件在一部分区域相对置。

5.根据权利要求4所述的端射天线装置，其特征在于：

所述第一导体带群的导体带元件中的相邻的2个导体带元件，与所述第二导体带群的导体带元件中的一个导体带元件分别在一部分的区域相对置。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的端射天线装置，其特征在于：

所述多层加感构造部，在沿着所述传送方向的所述多层加感构造部的配置区域的一部分中，包含不配置所述导体带元件的连续的区域即除去区域，所述除去区域的区域长度设定在所述配置区域的区域长度的50％以下的范围。

7.根据权利要求6所述的端射天线装置，其特征在于：

所述除去区域的区域长度设定在所述配置区域的区域长度的10％以上20％以下的范围。

8.根据权利要求1所述的端射天线装置，其特征在于：

具有包含第一多层加感构造部和第二多层加感构造部的2个多层加感构造部，其中，所述第一多层加感构造部设置在所述电介质传送基板的上面，所述第二多层加感构造部设置在所述电介质传送基板的下面。

9.根据权利要求1所述的端射天线装置，其特征在于：

在所述电介质传送基板的上面和下面的至少一方，通过具有比所述电介质传送基板更低的介电常数的电介质基板进行面接触，来支撑所述电介质传送基板。

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