CN110011039A - 贴片天线 - Google Patents

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CN110011039A CN201811434315.1A CN201811434315A CN110011039A CN 110011039 A CN110011039 A CN 110011039A CN 201811434315 A CN201811434315 A CN 201811434315A CN 110011039 A CN110011039 A CN 110011039A
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Abstract

本发明提供一种能够在确保高的天线特性的同时将信号线路微细化的贴片天线。具备设置有贴片导体(20)的第一介电体层(D1)、设置有信号线路(30)的第二介电体层(D2)、将信号线路(30)的一端和贴片导体(20)的供电点连接的供电导体(41)、设置于贴片导体(20)和信号线路(30)之间的第一接地图案(G1)、和设置于从信号线路(30)观察与第一接地图案(G1)相反侧的第二接地图案(G2)。第一介电体层(D1)的介电常数比第二介电体层(D2)的介电常数低。根据本发明，能够利用介电常数低的第一介电体层(D1)提高天线的增益，能够利用介电常数高的第二介电体层(D2)减细为得到规定的特性阻抗所需的信号线路的配线宽度。

Description

贴片天线
技术领域
本发明涉及贴片天线(patch antenna)，特别是涉及在同一介电体块内形成有贴片导体和信号线路的贴片天线。
背景技术
贴片天线具有在介电体层的表背分别设置有接地图案和贴片导体的构造。专利文献1及2中公开有还具备形成有信号线路的配线层的贴片天线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特许第6122508号公报
专利文献2：日本特开2016-163120号公报
专利文献3：日本特开平2-107003号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，形成贴片导体的介电体寻求的特性和形成信号线路的介电体寻求的特性未必相同。因此，在使用单一的介电体材料构成介电体块的情况下，难以在确保高的天线特性的同时将信号线路微细化。
在此，专利文献3中公开有使用了介电常数不同的多个介电体层的贴片天线。但是，在专利文献3中，在确保高的天线特性的同时将信号线路微细化的方法也不明确。
因此，本发明的目的在于，提供一种能够在确保高的天线特性的同时将信号线路微细化的贴片天线。
用于解决技术问题的手段
本发明提供一种贴片天线，其特征在于，具备：设置有贴片导体的第一介电体层；设置有沿与贴片导体平行的方向延伸的信号线路的第二介电体层；相对于贴片导体垂直设置并将信号线路的一端和贴片导体的供电点连接的供电导体；设置于贴片导体和信号线路之间的第一接地图案；以及设置于从信号线路观察与第一接地图案相反侧的第二接地图案，其中第一介电体层的介电常数比第二介电体层的介电常数低。
根据本发明，因为第一介电体层的介电常数相对较低，所以能够提高天线的增益。进而，因为第二介电体层的介电常数相对较高，所以能够减细为了得到规定的特性阻抗所需的信号线路的配线宽度。由此，能够在确保高的天线特性的同时将信号线路微细化。在此，信号线路也可以是微带线路、带状线路或共面波导线路。
在本发明中，第一接地图案也可以配置于第一介电体层和第二介电体层的边界面。据此，通过在第一或第二介电体层的表面形成第一接地图案，能够制作贴片天线。
在本发明中，贴片导体也可以是配置于第一介电体层的最表面，第二接地图案也可以配置于第二介电体层的最表面。据此，能够削减介电体层的层数。
本发明的贴片天线还可以具备设置于第一介电体层且与贴片导体重叠的无供电贴片导体。据此，能够实现更宽带化。
本发明的贴片天线还可以具备：设置于第二介电体层的其它信号线路；相对于贴片导体垂直设置且将其它信号线路的一端和贴片导体的其它供电点连接的其它供电导体。据此，能够构成二偏振天线。
在本发明中，也可以将贴片导体、信号线路及供电导体呈阵列状设置多个。据此，能够构成所谓的相控阵。
在本发明中，第二介电体层也可以具有第一区域和厚度比第一区域薄的第二区域，第一介电体层设置于第二介电体层的第一区域上，信号线路可以遍及第二介电体层的第一及第二区域设置。据此，能够对第二介电体层的第二区域赋予挠性。
发明效果
这样，根据本发明，能够提供能够确保高的天线特性并且将信号线路微细化的贴片天线。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的贴片天线10A的示意性透视立体图。
图2是贴片天线10A的示意性透视俯视图。
图3是贴片天线10A的示意性透视侧视图。
图4(a)是表示第一介电体层D1的介电常数和天线的最大增益的关系的图表。另外，图4(b)是表示第二介电体层D2的介电常数和信号线路30的配线宽度的关系的图表。
图5是表示贴片天线10A的第一变形例的示意性透视侧视图。
图6是表示贴片天线10A的第二变形例的示意性透视侧视图。
图7是表示贴片天线10A的第三变形例的示意性透视侧视图。
图8是表示贴片天线10A的第四变形例的示意性透视侧视图。
图9是本发明第二实施方式的贴片天线10B的示意性透视立体图。
图10是贴片天线10B的示意性透视侧视图。
图11是本发明第三实施方式的贴片天线10C的示意性透视立体图。
图12是本发明第四实施方式的贴片天线10D的示意性透视立体图。
图13是贴片天线10D的示意性透视俯视图。
图14是贴片天线10D的示意性透视侧视图。
图15是本发明第五实施方式的贴片天线10E的示意性透视立体图。
图16是贴片天线10E的示意性透视俯视图。
图17是贴片天线10E的示意性透视侧视图。
符号说明
10A～10E 贴片天线
20 贴片导体
21 无供电贴片导体
30、31 信号线路
41～44 供电导体
100RF 电路
D1 第一介电体层
D2 第二介电体层
D21 第一区域
D22 第二区域
G1 第一接地图案
G2 第二接地图案
G1a、G1b、G2a、G2b 开口部
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的优选的实施方式。
＜第一实施方式＞
图1是本发明第一实施方式的贴片天线10A的示意性透视立体图。另外，图2是贴片天线10A的示意性透视俯视图，图3是贴片天线10A的示意性透视侧视图。
本实施方式是贴片天线10A是利用毫米波段进行无线通信的天线装置，如图1～图3所示，具备第一及第二介电体层D1、D2、形成于第一介电体层D1的最表面的贴片导体20、设置于第一介电体层D1和第二介电体层D2的边界面的第一接地图案G1、形成于第二介电体层D2的最表面的第二接地图案G2。第一接地图案G1形成于除开口部G1a之外的xy面的整个面。同样，第二接地图案G2形成于除开口部G2a之外的xy面的整个面。而且，贴片导体20形成于位于第一介电体层D1的最表面的xy，由此，经由第一介电体层D1与第一接地图案G1相对。第一接地图案G1作为相对于贴片导体20的基准面起作用。
作为第一及第二介电体层D1、D2的材料，可以使用树脂材料、LTCC等陶瓷材料、液晶聚合物等，其具体的材料没有特别限定，至少需要使第一介电体层D1的介电常数比第二介电体层D2的介电常数低。作为一例，作为第一介电体层D1的材料，能够使用低介电常数的树脂材料，作为第二介电体层D2的材料，能够使用介电常数更高且高频特性优异的液晶聚合物。
在第二介电体层D2的内层设置有沿xy面延伸的信号线路30。信号线路30是用于向贴片导体20供给天线信号的配线，能够使用微带线路、带状线路、共面波导线路等。如图1～图3所示，信号线路30的一端经由沿z方向延伸的柱状的供电导体41与贴片导体20的供电点连接，信号线路30的另一端经由沿z方向延伸的柱状的供电导体42与外部的RF电路100连接。在本实施方式中，信号线路30为由沿x方向延伸的部分和沿y方向延伸的部分构成的L字型形状，但信号线路30的形状没有特别限定。
供电导体41贯通设置于第一接地图案G1的开口部G1a，与位于贴片导体20的规定的面内的供电点连接。供电导体42贯通设置于第二接地图案G2的开口部G2a，与RF电路100连接。RF电路100是输出天线信号的外部的电路。在此，在信号线路30为微带线路的情况下，第二接地图案G2作为相对于信号线路30的基准面起作用。另外，在信号线路30为带状线路的情况下，第一及第二接地图案G1、G2作为相对于信号线路30的基准面起作用。
图4(a)是表示第一介电体层D1的介电常数和天线的最大增益的关系的图表。另外，图4(b)是表示第二介电体层D2的介电常数和信号线路30的配线宽度的关系的图表。
图4(a)所示的天线的最大增益是在贴片导体20的厚度为0.018mm，第一介电体层D1的厚度为0.5mm，第一接地图案G1的平面尺寸为10mm×10mm的情况下，以中心频率为30GHz的方式调整贴片导体20的平面尺寸的情况下的值。如图4(a)所示，可知就天线的最大增益而言，第一介电体层D1的介电常数越低，越能够得到良好的值，特别是，在介电常数ε＝2以下的区域，可得到超过8dBi的最大增益。
图4(b)所示的配线宽度是在信号线路30为厚度0.018mm的带状线路，且第二介电体层D2的厚度为0.2mm的情况下，为使特性阻抗为50Ω所需的配线宽度。如图4(b)所示，第二介电体层D2的介电常数越高，为使特性阻抗为50Ω所需的信号线路30的配线宽度越细，特别是，在介电常数ε＝6以上的区域，可以将配线宽度设为0.05mm以下。
而且，本实施方式的贴片天线10A因为第一介电体层D1和第二介电体层D2由互不相同的材料构成，所以能够分别任意设定第一介电体层D1的介电常数和第二介电体层D2的介电常数。因此，如果作为第一介电体层D1的材料选择介电常数低的材料且作为第二介电体层D2的材料选择介电常数高的材料，则能够确保高的天线特性，并且减细信号线路30的配线宽度。在图1～图3中，作为一例，示出了信号线路30的图案形状较简单的事例，但根据本实施方式，能够减细信号线路30的配线宽度，因此能够设为更复杂的图案形状。进而，也可以利用形成于第二介电体层D2内的导体图案形成滤波器等电路元件。
在本发明中，第一及第二接地图案G1、G2及贴片导体20的z方向上的位置不限于图1～图3所示的位置。例如，如图5所示，可以将第一接地图案G1偏置配置于第一介电体层D1侧，如图6所示，也可以将第一接地图案G1偏置配置于第二介电体层D2侧。即，第一接地图案G1只要至少配置于贴片导体20和信号线路30之间即可。另外，如图7所示，也可以将贴片导体20配置于第一介电体层D1的内层，由此，将贴片导体20的两面由第一介电体层D1覆盖。进而，如图8所示，也可以将第二接地图案G2配置于第二介电体层D2的内层，由此，将第二接地图案G2的两面由第二介电体层D2覆盖。
＜第二实施方式＞
图9是本发明第二实施方式的贴片天线10B的示意性透视立体图。另外，图10是贴片天线10B的示意性透视侧视图。
如图9及图10所示，第二实施方式的贴片天线10B在第一介电体层D1追加有无供电贴片导体21，在这一点上与第一实施方式的贴片天线10A不同。其它基本的结构与第一实施方式的贴片天线10A相同，因此，对于同一要素标注同一符号，并省略重复的说明。
无供电贴片导体21为以与贴片导体20重叠的方式设置于贴片导体20的上方的矩形状的导体图案。无供电贴片导体21未与其它导体图案连接，而在直流上为浮置状态。这样，如果在第一介电体层D1追加无供电贴片导体21，则能够进一步扩大天线频带。在图9及图10所示的例子中，贴片导体20和无供电贴片导体21的平面尺寸相同，但贴片导体20及无供电贴片导体21的尺寸、两者间的距离等只要根据要求的天线特性适宜调整即可。
＜第三实施方式＞
图11是本发明第三实施方式的贴片天线10C的示意性透视立体图。
如图11所示，第三实施方式的贴片天线10C具备设置于第二介电体层D2的其它信号线路31。信号线路31的一端与沿z方向延伸的柱状的供电导体43连接，信号线路31的另一端与沿z方向延伸的柱状的供电导体44连接。供电导体43贯通设置于第一接地图案G1的开口部G1b，并与位于贴片导体20的规定的面内的其它供电点连接。供电导体44贯通设置于第二接地图案G2的开口部G2b，并与未图示的RF电路连接。其它基本的结构与第一实施方式的贴片天线10A相同，因此对于同一要素标注同一符号，并省略重复的说明。
供电导体41和供电导体43与贴片导体20的互不相同的平面位置连接。图11所示的例子中，在贴片导体20的沿x方向延伸的边的附近连接有供电导体41，在贴片导体20的沿y方向延伸的边的附近连接有供电导体43。由此，本实施方式的贴片天线10C作为二偏振天线起作用。例如，可经由信号线路30供电水平偏振信号，且经由信号线路31供电垂直偏振信号。信号线路30、31可以形成于彼此相同的配线层，也可以形成于彼此不同的配线层。
＜第四实施方式＞
图12是本发明第四实施方式的贴片天线10D的示意性透视立体图。另外，图13是贴片天线10D的示意性透视俯视图，图14是贴片天线10D的示意性透视侧视图。
如图12～图14所示，本实施方式的贴片天线10D具备四个贴片导体20。其它基本的结构与第三实施方式的贴片天线10C相同，所以对于同一要素标注同一符号，省略重复的说明。如本实施方式的贴片天线10D所示例，如果将贴片导体20、信号线路30、31及供电导体41～44呈阵列设置多个，则能够构成所谓的相控阵。在图12～图14所示的例子中，将四个贴片导体20呈矩阵状设计，但也可以沿一个方向排列。
＜第五实施方式＞
图15是本发明第五实施方式的贴片天线10E的示意性透视立体图。另外，图16是贴片天线10E的示意性透视俯视图，图17是贴片天线10E的示意性透视侧视图。
如图15～图17所示，本实施方式的贴片天线10E具备两个贴片导体20，并且第二介电体层D2具有台阶形状。其它基本的结构与第三实施方式的贴片天线10C或第四实施方式的贴片天线10D相同，所以对于同一要素标注同一符号，省略重复的说明。
在本实施方式中，第二介电体层D2具有厚度厚的第一区域D21和厚度比第一区域D21薄的第二区域D22。而且，第一介电体层D1选择性地设置于第二介电体层D2的第一区域D21，在第二介电体层D2的第二区域D22上未设置第一介电体层D1。信号线路30、31遍及第一及第二区域D21、D22设置，在第二区域D22，信号线路30、31露出。而且，供电导体43、44配置于第二区域D22。
这样，在本实施方式中，在第二介电体层D2的第二区域D22上未设置第一介电体层D1，且其厚度也薄，因此，能够使第二区域D22具有挠性。因此，也可以按照成为安装对象的设备的形状弯曲安装第二区域D22。在本实施方式中，将作为端子电极的供电导体43、44配置于第二区域D22，因此，即使在应配置贴片导体20的面(例如xy面)和端子电极的连接面(例如xz面)不在同一平面的情况下，通过使柔软的第二区域D22弯曲，也能够容易地进行安装。
以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明不限于上述实施方式，可以在不脱离本发明的宗旨的范围内进行各种变更，它们也可以包含在本发明的范围内。

Claims (9)

1.一种贴片天线，其特征在于，
具备：
设置有贴片导体的第一介电体层；
设置有沿与所述贴片导体平行的方向延伸的信号线路的第二介电体层；
相对于所述贴片导体垂直设置，并将所述信号线路的一端和所述贴片导体的供电点连接的供电导体；
设置于所述贴片导体和所述信号线路之间的第一接地图案；以及设置于从所述信号线路观察与所述第一接地图案相反侧的第二接地图案，
所述第一介电体层的介电常数比所述第二介电体层的介电常数低。
2.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，
所述第一接地图案配置于所述第一介电体层和所述第二介电体层的边界面。
3.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，
所述贴片导体配置于所述第一介电体层的最表面。
4.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，
所述第二接地图案配置于所述第二介电体层的最表面。
5.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，
还具备设置于所述第一介电体层且与所述贴片导体重叠的无供电贴片导体。
6.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，
还具备：
设置于所述第二介电体层的其它信号线路；以及
相对于所述贴片导体垂直设置且将所述其它信号线路的一端和所述贴片导体的其它供电点连接的其它供电导体。
7.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，
将所述贴片导体、所述信号线路及所述供电导体呈阵列状设置。
8.根据权利要求1所述的贴片天线，其特征在于，
所述第二介电体层具有第一区域和厚度比所述第一区域薄的第二区域，
所述第一介电体层设置于所述第二介电体层的所述第一区域上，
所述信号线路遍及所述第二介电体层的所述第一及第二区域设置。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的贴片天线，其特征在于，
所述信号线路是微带线路、带状线路或共面波导线路。
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