CN110754018A - 平面阵列天线和无线通信组件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够实现宽带化的平面阵列天线。平面阵列天线包括呈1维或2维配置的多个单位元件(50)。各单位元件(50)包括辐射部(51)和供电部(52)，该辐射部(51)包括辐射导体(11)和与辐射导体(11)间隔地配置、具有第1槽隙(13c)的第1地导体层(13)，该供电部(52)包括带状导体(14)和带状导体(14)，带状导体(14)具有从外部供电的第1端部(14c)和在长度方向上与第1端部间隔的第2端部(14d)，第1端部(14c)与第1地导体层(13)的距离和第2端部(14d)与第1地导体层(13)的距离不相同。

Description

平面阵列天线和无线通信组件
技术领域
本发明涉及平面阵列天线和无线通信组件。
背景技术
在高频的无线通信中，有时使用平面天线。例如专利文献1～3公开有在导体层形成槽隙、向辐射导体供电的平面天线。特别是专利文献2公开有具备多个平面天线的平面阵列天线。具体而言，公开有包括多个带状导体、设置有多个槽隙的导体层和以覆盖各个槽隙的方式配置的多个辐射导体的平面阵列天线。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-201712号公报
专利文献2：日本特开平6-291536号公报
专利文献3：日本特开平7-046033号公报
发明内容
发明所要解决的问题
随着无线通信的用途扩大，无线通信在各种频带被使用。因此，要求对应更宽的波段。本申请的目的在于提供能够实现宽带化的平面阵列天线和具备它的无线通信组件。
用于解决问题的方案
本发明是呈1维或2维配置有多个单位元件的平面阵列天线，各单位元件包括：辐射部，其包括辐射导体和与所述辐射导体间隔地配置、具有第1槽隙的第1地导体层；和包括带状导体的供电部，所述带状导体具有从外部供电的第1端部和在长度方向上与所述第1端部间隔的第2端部，所述第1端部与所述第1地导体层的距离和所述第2端部与所述第1地导体层的距离不相同。
也可以为如下结构：所述供电部包括与所述带状导体间隔地配置的第2地导体层，所述带状导体位于所述第1地导体层与所述第2地导体层之间。
也可以为如下结构：在各单位元件，所述辐射导体和所述第1槽隙在层叠方向上对齐(对位)。
也可以为如下结构：所述带状导体的长度方向与所述第1槽隙的长度方向相交叉。
也可以为如下结构：所述第2端部与所述第1地导体层的距离比所述第1端部与所述第1地导体层的距离短。
也可以为如下结构：所述带状导体包括多个平面带状部和至少1个通孔导体部，所述多个平面带状部以在所述第1端部与所述第2端部之间使得各平面带状部的长度方向与所述带状导体的长度方向一致的方式配置，且各平面带状部的两端的至少一端通过所述多个通孔导体部的1个通孔导体部与相邻的平面带状部的两端中的一端连接，在所述带状导体，相邻的2个平面带状部中位于所述第2端部侧的平面带状部比位于所述第1端部侧的平面带状部更接近所述第1地导体层。
也可以为如下结构：所述多个平面带状部的与所述长度方向垂直的方向的宽度彼此相等。
也可以为如下结构：在所述多个平面带状部中至少1对相邻的2个平面带状部中，位于所述第2端部侧的平面带状部的与所述长度方向垂直的方向的宽度大于位于所述第1端部侧的平面带状部的与所述长度方向垂直的方向的宽度。
也可以为如下结构：所述多个平面带状部中至少1个平面带状部的宽度在所述第2端部侧大于所述第1端部侧。
也可以为如下结构：所述多个平面带状部与所述第1地导体层平行地配置。
也可以为如下结构：所述带状导体包括平面带状部，所述平面带状部的长度方向与所述带状导体的所述长度方向一致，所述平面带状部的两端中所述第2端部侧的端部比所述第1端部侧的端部更接近所述第1地导体层。
也可以为如下结构：还包括：在所述辐射导体与所述第1地导体层之间与所述辐射导体和所述第1地导体层分别隔开间隔地配置的、具有第2槽隙的平面导体层。
也可以为如下结构：在所述各单位元件，所述辐射部包括多个所述平面导体层。
也可以为如下结构：所述第2槽隙具有与所述第1槽隙相同的形状。
也可以为如下结构：所述第2槽隙具有与所述第1槽隙不同的形状。
也可以为如下结构：所述第1地导体层与所述平面导体层的间隔为50μm以下。
也可以为如下结构：所述平面导体层与所述第1地导体层或所述第2地导体层电连接。
上述平面导体层也可以为浮置导体层。
也可以为如下结构：所述各单位元件的所述供电部还具有多个通孔导体，所述多个通孔导体与所述第1地导体层和所述第2地导体层连接，包围所述带状导体。
也可以为如下结构：所述各单位元件包括多层陶瓷体，至少所述平面导体层、所述第1地导体层、所述第2地导体层和所述带状导体埋设于所述多层陶瓷体内。
本发明的无线通信组件包括上述任一项所述的平面阵列天线和与上述平面阵列天线电连接的有源部件。
发明的效果
根据本发明，能够得到能够实现宽带化的平面阵列天线。
附图说明
图1是表示第一和第二实施方式的平面阵列天线的概略的俯视图。
图2是表示第一实施方式的平面阵列天线的单位元件的结构的分解立体图。
图3是表示第一实施方式的平面阵列天线的单位元件的结构的截面图。
图4(a)和(b)是表示带状导体的一个例子的俯视图和截面图。
图5(a)和(b)是表示带状导体的另一个例子的俯视图和截面图。
图6(a)和(b)是表示带状导体的另一个例子的俯视图和截面图。
图7(a)和(b)是表示带状导体的另一个例子的俯视图和截面图。
图8(a)和(b)是表示带状导体的另一个例子的俯视图和截面图。
图9是表示第一实施方式的平面阵列天线的单位元件的各构成要素的位置关系的顶视图。
图10是表示第二实施方式的平面阵列天线的单位元件的结构的分解立体图。
图11是表示第二实施方式的平面阵列天线的单位元件的结构的截面图。
图12是表示第二实施方式的平面阵列天线的单位元件的另一结构的截面图。
图13是表示第二实施方式的平面阵列天线的单位元件的各构成要素的位置关系的顶视图。
图14是表示由多层陶瓷基板构成平面阵列天线的例子的截面图。
图15是表示由多层陶瓷基板构成平面阵列天线的另一个例子的截面图。
图16是表示包括配线电路和平面阵列天线的多层陶瓷基板的结构例的截面图。
图17(a)是表示无线通信组件的实施方式的示意的底视图，(b)是表示安装于基板的无线通信组件的示意的截面图。
图18是表示用于模拟实施例的平面阵列天线的特性的结构的尺寸的图。
图19是表示通过计算求得的实施例的平面阵列天线的VSWR特性的图。
图20是表示通过计算求得的实施例的平面阵列天线的辐射特性的图。
图21是表示通过计算求得的实施例的平面阵列天线的辐射特性的图。
具体实施方式
本发明的平面阵列天线和无线通信组件例如能够用于准微波、厘米波、准毫米波、毫米波波段的无线通信。准微波波段的无线通信使用波长为10cm～30cm，1GHz至3GHz的频率的电波作为载波。厘米波波段的无线通信使用波长为1cm～10cm，3GHz至30GHz的频率的电波作为载波。毫米波波段的无线通信使用波长为1mm～10mm，30GHz至300GHz的频率的电波作为载波。准毫米波波段的无线通信使用波长为10mm～30mm，10GHz至30GHz的频率的电波作为载波。在这些波段的无线通信中，平面天线的尺寸为数厘米至亚毫米级。例如，在由多层陶瓷烧结基板构成准微波、厘米波、准毫米波、毫米波无线通信电路的情况下，能够在多层陶瓷烧结基板安装本发明的多轴天线。以下，在本实施方式中，只要没有其它特别说明，作为准微波、厘米波、准毫米波、毫米波的载波的一个例子，列举载波的频率就为30GHz，载波的波长λ为10mm的情况为例，说明平面阵列天线。
另外，在本发明中，2个方向一致是指2个方向大致形成的角度在0°至约45°的范围内。此外，平行是指2个平面、2个直线或者平面与直线形成的角度在0°至约10°的范围内。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的平面阵列天线101的第一实施方式的俯视图。平面阵列天线101包括以虚线表示的多个单位元件50。各单位元件50包括辐射导体11，构成由辐射导体11辐射电磁波的平面天线。各单位元件50在电介质41形成，多个单位元件50呈1维或2维按节距p排列。在本实施方式中，如图1所示，多个单位元件50在x方向和y方向上2维排列。各单位元件50的辐射导体11在本实施方式中配置在电介质41内。即，在自电介质41的上表面40u起规定的深度，辐射导体11在x方向和y方向上呈2维、呈矩阵状排列。各单位元件50的辐射导体11既可以位于同一平面上，也可以在z轴方向上位于不同的高度。
图2是表示单位元件50的结构的分解立体图，图3是单位元件50的截面图。各单位元件50包括辐射部51和供电部52。供电部52与辐射部51电磁耦合，辐射部51接收由供电部52供给的信号电力，由辐射导体11辐射电磁波。
辐射部51包括辐射导体11和第1地导体层13。辐射导体11与第1地导体层13间隔地配置。在第1地导体层13设置有作为开口的第1槽隙13c(スロット，空隙部)。
供电部52包括带状导体14和第2地导体层15。带状导体14与第2地导体层15间隔地配置。此外，带状导体14位于第1地导体层13与第2地导体层15之间，第1地导体层13与带状导体14也在层叠方向上间隔。
为了向带状导体14供电，供电部52也可以包括通孔导体17。在这种情况下，第2地导体层15具有开口15d，通孔导体17贯通开口15d，一端与带状导体14连接。通孔导体17的另一端在第2地导体层15的下面侧与耦合器、分配器、接收电路、发送电路等连接。
图4(a)和(b)是通孔导体17连接的带状导体14的俯视图和截面图。参照图3和图4对带状导体14的结构进行详细说明。
本实施方式的带状导体14在图3中在y方向具有长度方向，在长度方向上具有作为条带形的两端的、第1端部14c和与第1端部14c间隔的第2端部14d。此处，两端和端部是指具有长条形的部件的长度方向的两端附近的部分。在第1端部14c连接有通孔导体17，被从外部供给信号电力。如图3所示，在带状导体14，第1端部14c与第1地导体层13的距离d1和第2端部14d与第1地导体层13的距离d2不相同。
在本实施方式中，相比第1端部14c与第1地导体层13的距离d1，第2端部14d与第1地导体层13的距离d2较小。即，满足d1＞d2的关系。因用于由供电部52向辐射部51供给信号电力的带状导体14与第1地导体层13的距离在长度方向发生变化，夹在第1地导体层13与第2地导体层15之间的电介质空间内的电磁场的倾斜度(梯度)变大。因此，容易出现多个共振模式，辐射的电磁波宽带化。
此外，随着第1地导体层13与第2地导体层15之间的电磁场倾斜度变大，从第1地导体层13漏向辐射导体11的电磁场分布的倾斜度变大。通过将这些特征和辐射导体11的形状最佳化，容易获得阻抗的匹配，能够实现能够在宽波段释放电磁波的平面阵列天线。
另外，着眼于第2地导体层15，相比第1端部14c与第2地导体层15的距离d1’，第2端部14d与第2地导体层15的距离d2’较大。即，满足d1’＜d2’的关系。即使带状导体14与第2地导体层15的距离在长度方向上发生变化也容易产生电场分布倾斜度，出现多个共振模式。其结果是，辐射的电磁波宽带化。
在图3所示的方式中，从第1端部14c至第2端部14d、带状导体14与第1地导体层13的距离逐步变短。只要带状导体14的与第1地导体层13的距离在第1端部14c与第2端部14d不同，带状导体14就可用为各种方式和配置。例如，带状导体14也可以包括多个平面带状部21和1个或多个通孔导体部22。平面带状部21具有比整个带状导体14的长度方向的长度小的长度，平面带状部21在第1端部14c与第2端部14d之间、使得以平面带状部21的长度方向与带状导体14的长度方向一致的方式配置。各平面带状部21的两端的至少一端通过通孔导体部22与相邻的平面带状部21的两端的一端连接。此外，在带状导体14，相邻的2个平面带状部21中位于第2端部14d侧的平面带状部21比位于第1端部14c侧的平面带状部21更接近第1地导体层13。平面带状部21分别与第1地导体层13平行地配置。例如，在截面视图中呈阶梯状配置。
在图4(a)和(b)所示的方式中，多个平面带状部21的与长度方向垂直的方向的宽度w彼此相等。但是，多个平面带状部21的与长度方向垂直的方向的宽度也可以不同。例如如图5(a)和(b)所示那样，带状导体14包括平面带状部23、24和通孔导体部22。平面带状部23位于第1端部14c侧，平面带状部24位于第2端部14d侧，平面带状部24的与长度方向垂直的方向的宽度w24大于平面带状部23的与长度方向垂直的方向的宽度w23。在平面带状部23和平面带状部24，与长度方向垂直的方向的宽度分别固定。由此，在与第1地导体层13平行的平面内，包含供电部52和辐射部51的部分的电场分布倾斜度变大，由此容易出现多个共振模式，辐射的电磁波宽带化。
此外，如图6(a)和(b)所示，在平面带状部，与长度方向垂直的方向的宽度也可以不同。带状导体14包括平面带状部25、26，在平面带状部25和平面带状部26，第2端部14d侧的宽度w25d、w26d大于第1端部14c侧的宽度w25c、w26c。
构成带状导体14的平面带状部的数量并不限定于2个，也可以为3个以上。如图7(a)和(b)所示，带状导体14包括平面带状部27、28、29、30和3个通孔导体部22。平面带状部27、28、29、30例如分别与第1地导体层13大致平行地配置，平面带状部30比平面带状部29更接近以虚线表示的第1地导体层13地配置。同样，平面带状部29比平面带状部28更接近第1地导体层13、平面带状部28比平面带状部27更接近第1地导体层13地配置。
此外，如图8(a)和(b)所示，带状导体14也可以包括1个平面带状部31。平面带状部31的长度方向与带状导体14的长度方向一致，平面带状部31的两端中，第2端部14d侧的端部31d比第1端部14c侧的端部31c更接近第1地导体层13(以虚线表示)。即，带状导体14不与第1地导体层13平行，而在带状导体14的长度方向上相对于第1地导体层13倾斜。此外，在平面带状部31，相比与长度方向垂直的方向的第1端部14c侧的宽度w31c，第2端部14d侧的宽度w31d更大。
图4至图7所示的带状导体14在后述那样用多层陶瓷体形成电介质41的情况下能够适当地组装于多层陶瓷基板。另一方面，包含图8所示的带状导体14的平面阵列天线101例如在用树脂构成电介质41的情况下能够通过模制成形等适当地制造。
如图2和图3所示，在本实施方式中，供电部52还包括多个通孔导体16。通孔导体16具有柱形形状，以包围带状导体14的方式配置。各通孔导体16的一端与第1地导体层13连接，另一端与第2地导体层15连接。
辐射导体11、第1地导体层13、带状导体14、第2地导体层15、通孔导体16、通孔导体17和后述的通孔导体18由导电性的材料形成。
如图3所示，在辐射导体11、第1地导体层13、带状导体14和第2地导体层15之间，设置有构成电介质41的多个电介质层。电介质层为树脂层、玻璃层、陶瓷层、空洞等即可。在电介质41埋设有辐射导体11、第1地导体层13、带状导体14和第2地导体层15。如上所述，辐射导体11以自电介质41的上表面40u起规定的深度设置在电介质41的内部。即，辐射导体11被电介质41的一部分(41c)覆盖。由多层陶瓷基板构成平面阵列天线101的例子后述。
接着，详细说明各构成要素的形状、配置等。图9是从与多层陶瓷体40(例如参照图15)的上表面40u垂直的方向、即从上表面40u的法线方向看单位元件50(参照图1)的各结构时的示意图。
包含辐射导体11和第1地导体层13的辐射部51为辐射电波的辐射元件，具有用于得到所要求的辐射特性和阻抗匹配的形状。在本实施方式中，辐射导体11具有沿x方向延伸的(具有长条形的)长方形形状。辐射导体也可以具有正方形、圆形等其它形状。例如，辐射导体11在x方向和y方向上具有1.5mm和0.5mm的长度。
如图1所示，单位元件50的辐射导体11的节距p在x方向和y方向上例如为波长λ0的1/2。此处，λ0是载波的真空中的波长。此外，λd是后述的作为电介质的多层陶瓷体40中的载波的波长。
第1地导体层13的第1槽隙13c例如具有长方形形状。例如，第1槽隙13c在x方向和y方向上具有0.9mm和0.4mm的长度。
图9所示带状导体14例如具有长方形形状。优选带状导体14的延伸方向与第1槽隙13c的延伸方向相交叉。
优选各单位元件50的第1地导体层13和第2地导体层15与相邻的单位元件50的第1地导体层13和第2地导体层15分别连接，构成一体的导电层。
层叠方向上的第1地导体层13与第2地导体层15的间隔例如为0.25mm。带状导体14例如在层叠方向上设置在第1地导体层13与第2地导体层15的中间的位置。辐射导体11与第1地导体层13的间隔例如为0.4mm。
在平面阵列天线101，施加于由带状导体14和第2地导体层15构成的微带线的信号电力经第1地导体层13的第1槽隙13c与辐射导体11电磁耦合。此时，通过使得带状导体14具有上述的结构，辐射的电磁波宽带化。因此，平面阵列天线101的辐射特性和接收特性宽带化。
此外，通过使得通孔导体16在最佳的位置包围带状导体14的周围，在第1地导体层13与第2地导体层15间向y方向前进的电磁场容易发生共振，通过x方向的宽度的最佳化，容易获得阻抗匹配，能够提高辐射效率而宽带化。如果使用介电常数为1以上的电介质，则能够使各天线的最佳化的结构的尺寸小于单位元件的排列节距，通过采用上述的结构，能够实现宽波段而辐射效率高的小型的平面天线。
此外，在本实施方式的平面阵列天线101，辐射导体11配置在电介质41内。因此，能够保护辐射导体11不发生外部环境引起的氧化或者外力引起的损伤和变形。
从保护辐射导体11的观点出发，还考虑将辐射导体11配置在电介质41的上表面40u，对辐射导体11实施用于防止氧化的镀层。但是，在这种情况下，存在辐射导体11的导电率因镀层而下降的情况，辐射特性可能下降。与此相对，在以电介质41覆盖辐射导体11的情况下，辐射导体11的导电率不会下降，因此能够维持与实施镀层的情况下同等以上的辐射特性，得到相对于外力的保护等高于镀层的保护效果。
覆盖辐射导体11的电介质41的层41c的厚度例如在电介质41的相对介电常数为3～15左右的情况下优选为70μm以下，在电介质41的相对介电常数为5～10左右的情况下优选为20μm以下。由此，能够实现与平面阵列天线中普遍使用的镀Au/Ni的辐射导体11的情况下同等以上的辐射效率。由于层41c的厚度越小损失就越少，所以从天线特性的观点出发，并不特别对下限进行制限。在后述那样电介质41为多层陶瓷体的情况下，当层41c的厚度过小时，存在不易使厚度均匀的情况。因此，层41c的厚度例如优选为能够形成均匀的陶瓷层的5μm。即，在电介质41为多层陶瓷体的情况下，层41c的厚度更优选为5μm以上70μm以下，更加优选为5μm以上、不到20μm。
(第二实施方式)
图10和图11是平面阵列天线的第二实施方式的单位元件50’的分解立体图和截面图。第二实施方式的平面阵列天线在单位元件50’的辐射部51’还包括平面导体层12方面与第一实施方式的平面阵列天线101的单位元件50不同。
辐射部51’包括位于辐射导体11与第1地导体层13之间的平面导体层12。平面导体层12在层叠方向上与辐射导体11和第1地导体层13分别间隔开。在平面导体层12设置有作为开口的第2槽隙12c。
平面导体层12在本实施方式中为浮置导体层。即，平面导体层12不与第1地导体层13、第2地导体层15或其它被供给基准电位的导体层电连接。不过，平面导体层12也可以接地。具体而言，平面导体层12也可以与第1地导体层13、第2地导体层15或其它被供给基准电位的导体层电连接。例如，也可以如图12所示那样，通过1个或多个通孔导体18将平面导体层12与第1地导体层13相连接。此外，辐射部51’也可以具备多个平面导体层12。平面导体层12由导电性的材料形成。
图13是从与多层陶瓷体40的上表面40u垂直的方向、即从上表面40u的法线方向看单位元件50’的各结构时的示意图。
包含辐射导体11、平面导体层12和第1地导体层13的辐射部51是辐射电波的辐射元件，具有用于得到所要求的辐射特性和阻抗匹配的形状。
平面导体层12的第2槽隙12c的形状既可以为与第1地导体层13的第1槽隙13c相同的形状也可以为不同的形状。此处形状相同不包括处于相似关系的情况，是指形状和大小相同(全等)。辐射导体11、第1槽隙13c和第2槽隙12c优选在俯视图中至少一部分相互重合。更优选辐射导体11、第1槽隙13c和第2槽隙12c在层叠方向上相互位置对齐。此处位置对齐是指，在层叠方向上，第1地导体层13的中心、第1槽隙13c的中心和第2槽隙12c的中心在x方向和y方向上处于制造误差的范围内。
在第1槽隙13c和第2槽隙12c分别具有长方形形状的情况下，优选长方形的延伸方向(长度方向)一致。例如，第1槽隙13c在x方向和y方向上具有0.9mm和0.4mm的长度。
平面导体层12在为浮置层的情况下也可以不与相邻的单位元件50’的平面导体层12连接而独立存在。在这种情况下，优选在上表面视图中，平面导体层12覆盖设置有包围带状导体14的通孔导体16的区域。
在平面导体层12接地的情况下，平面导体层12也可以经未图示的通孔导体和/或配线层与相邻的单位元件50’的平面导体层12相连接。或者，平面导体层12也可以与相邻的单位元件50’的平面导体层12构成一体的导电层，经通孔导体和/或配线层与接地电位连接。
平面导体层12与第1地导体层13的间隔越小越好。具体而言，平面导体层12与第1地导体层13的间隔优选为50μm以下，更优选为25μm以下。
在平面阵列天线101，施加于由带状导体14和第2地导体层15构成的微带线的信号电力经第1地导体层13的第1槽隙13c与辐射导体11电磁耦合。此时，由于平面导体层12的存在，在辐射导体11与具有第1槽隙13c的第1地导体层13和具有第2槽隙12c的平面导体层12发生双共振(複共振)，辐射的电磁波宽带化。因此，平面阵列天线101的辐射特性和接收特性更加宽带化。特别是由于使平面导体层12与第1地导体层13的间隔变短，能够从带状导体14到与平面导体层12和第1地导体层13产生同等电磁场，因此容易获得波段幅的扩大效果。
(第三实施方式)
以下，说明由多层陶瓷基板构成第一实施方式或第二实施方式的平面阵列天线的例子。在本实施方式中，说明由多层陶瓷体构成第二实施方式的平面阵列天线的电介质41的例子。图14示意地表示多层陶瓷基板102的截面。多层陶瓷基板102包括多层陶瓷体40以及埋设在多层陶瓷体40内的辐射导体11、平面导体层12、第1地导体层13、带状导体14、第2地导体层15、通孔导体16和通孔导体17。
多层陶瓷体40如以虚线表示的那样包括多个陶瓷层40a，隔着1个或2个以上陶瓷层40a配置这些构成要素。虚线的位置为示意地表示，那并不是确切地表示多层陶瓷基板中含有的陶瓷层40a的数量。通孔导体16和通孔导体17位于在陶瓷层40a设置的贯通孔内。
第1槽隙13c和第2槽隙12c(参照图10、图13)既可以为空洞，也可以填充陶瓷层40a的一部分。如果在第1槽隙13c和第2槽隙12c填充陶瓷层40a的一部分，则能够提高陶瓷层40a间的紧贴性，提高多层陶瓷体40的强度。
在多层陶瓷体40有时并不明确地存在陶瓷层40a的边界。在这种情况下，例如，在2个陶瓷层之间存在第1地导体层13等陶瓷以外的构成要素的情况下，能够将第1地导体层13的位置与2个陶瓷层的边界对应。陶瓷层40a既可以对应于陶瓷烧结前的陶瓷生片，也可以对应于2层以上陶瓷生片。
各陶瓷层40a的厚度例如为1μm以上15mm以下，优选为15μm以上1mm以下。由此，能够构成准微波、厘米波、准毫米波、毫米波段的平面阵列天线。
辐射导体11也可以位于多层陶瓷体的上表面。图15所示的多层陶瓷基板102’在辐射导体11位于多层陶瓷体40’的上表面40’u上这方面与多层陶瓷基板102不同。由于辐射导体11露出于外部环境，所以能够实现更高的辐射效率。使用该结构的多层陶瓷基板制作的产品例如适合于在不易发生温度湿度等环境、物理的接触等引起的损伤、变形的条件下使用。更具体而言，例如在满足被真空密封或者非活性气体密封地使用那样的条件或者使用不易氧化、硫化等腐蚀的金属构成辐射导体的条件的情况下，适合于使用该结构的产品。
多层陶瓷基板除平面阵列天线101以外还可以具备其它构成要素。例如，如图16所示那样，多层陶瓷基板103在相比第2地导体层15处于下方的位置还设置有多个陶瓷层40a，还设置有无源部件图案71和配线图案72以及设置在多个陶瓷层40a的导电性通孔73。无源部件图案71例如为导电性层或者具有规定的电阻值的陶瓷，构成电感器、电容器、电阻、耦合器、分配器、滤波器、电源等。此外，导电性通孔73和配线图案72与无源部件图案、地导体等连接，构成规定的电路。
此外，在多层陶瓷体40的下表面40v，例如具有用于与外部的基板连接的电极74、用于连接无源部件的电极75和用于连接集成电路等有源部件的电极76。带状导体14通过配置在未图示的位置的导电性通孔与电极74、75、76的任一电极电连接。
由设置在位于相比第2地导体层15处于下表面侧的多个陶瓷层40a间的这些构成要素，构成包含无源部件的配线电路。通过在配线电路的上述的多个电极连接无源部件和集成电路等，构成无线通信电路。
在由多层陶瓷基板构成平面阵列天线101的情况下，能够同时烧制各陶瓷层与辐射导体11、平面导体层12等导电层。即，多层陶瓷基板103也可以为同时烧制陶瓷基板。同时烧制陶瓷基板既可以为低温烧制陶瓷(LTCC，Low Temperature Co-fired Ceramics)基板，也可以为高温烧制陶瓷(HTCC，High Temperature Co-fired Ceramics)基板。从高频特性的观点出发，有时也优选使用低温烧制陶瓷基板。在多层陶瓷结构的陶瓷层、辐射导体、地导体、带状导体、无源部件图案、配线图案、导电性通孔，使用与烧制温度、用途等和无线通信的频率等相应的陶瓷材料和导电性材料。用于形成辐射导体、地导体(具体而言，地导体层)、带状导体、无源部件图案、配线图案、导电性通孔的导电膏，与用于形成多层陶瓷结构的陶瓷层的生片同时烧制(Co-fired)。在同时烧制陶瓷基板为低温烧制陶瓷基板的情况下，使用能够在800℃至1000℃左右的温度范围进行烧结的陶瓷材料和导电性材料。例如能够使用以Al、Si、Sr为主成分、以Ti、Bi、Cu、Mn、Na、K的至少1种为副成分的陶瓷材料，以Al、Si、Sr为主成分、以Ca、Pb、Na、K的至少1种为副成分的陶瓷材料，含有Al、Mg、Si、Gd的陶瓷材料，含有Al、Si、Zr、Mg的陶瓷材料。此外，能够使用含有Ag或Cu的导电性材料。陶瓷材料的介电常数为3～15左右。在同时烧制陶瓷基板为高温烧制多层陶瓷基板的情况下，能够使用以Al为主成分的陶瓷材料和含有W(钨)或Mo(钼)的导电性材料。
更具体而言，作为LTCC材料，例如能够使用低介电常数(相对介电常数5～10)的Al-Mg-Si-Gd-O类电介质材料、包含由Mg2SiO4构成的结晶相和由Si-Ba-La-B-O类构成的玻璃等的电介质材料、Al-Si-Sr-O类电介质材料、Al-Si-Ba-O类电介质材料、高介电常数(相对介电常数50以上)的Bi-Ca-Nb-O类电介质材料等各种各样的材料。
例如，关于Al-Si-Sr-O类电介质材料，在作为主成分包含Al、Si、Sr、Ti的氧化物的情况下，将作为主成分的Al、Si、Sr、Ti分别换算为Al2O3、SiO2、SrO、TiO2时，优选含有Al2O3：10～60质量％、SiO2：25～60质量％、SrO：7.5～50质量％、TiO2：20质量％以下(包括0)。此外，相对于其主成分100质量部，作为副成分，优选将Bi、Na、K、Co的组中的至少1种按Bi2O3换算含有0.1～10质量部，按Na2O换算含有0.1～5质量部，按K2O换算含有0.1～5质量部，按CoO换算含有0.1～5质量部，进一步，优选将Cu、Mn、Ag的组中的至少1种按CuO换算含有0.01～5质量部，按Mn3O4换算含有0.01～5质量部，将Ag含有0.01～5质量部。还能够含有其它不可避免的杂质。
多层陶瓷体40的多个陶瓷层40a也可以分别具有相同的组成，由相同的材料形成。或者，为了提高平面天线的辐射效率，多层陶瓷体40的辐射导体11附近的陶瓷层还可以具有不同于与其相比处于下方的陶瓷层的组成，由不同的材料形成。通过具有不同的组成，能够具有不同的介电常数，能够提高辐射效率。
此外，也可以以由陶瓷层以外的树脂或者玻璃等构成的层覆盖辐射导体11，还可以将多层陶瓷体40与由树脂或者玻璃等构成的电路基板组合，构成复合基板。
同时烧制陶瓷基板能够使用与LTCC基板或HTCC基板同样的制造方法制造。
例如，首先，准备包含上述的元素的陶瓷材料，根据需要，例如通过在700℃～850℃临时烧结、进行粉碎而制粒。在陶瓷材料中添加玻璃成分的粉末、有机粘合剂、增塑剂、溶剂，得到这些混合物的浆料。在由于为了使介电常数不同等而由不同的材料形成陶瓷层的情况下，准备包含不同的材料的2种浆料。此外，将上述的导电性材料的粉末与有机粘合剂和溶剂等混合，得到导电膏。
使用刮刀法、轧制(挤压)法、印刷法、喷墨式涂敷法、转印法等，由浆料在载体膜上形成规定的厚度的层，并使其干燥。通过切割浆料的层，得到陶瓷生片。
接着，按照在同时烧制陶瓷基板内构成的电路，使用激光、机械式打孔机等在多个陶瓷生片形成通孔，使用丝网印刷法在各通孔填充导电膏。此时，还形成有通孔导体16和通孔导体17的图案。此外，通过丝网印刷等，在陶瓷生片印刷导电膏，在陶瓷生片形成配线图案、无源部件图案、辐射导体11、平面导体层12、第1地导体层13、带状导体14和第2地导体层15的图案。
将配置有上述的导电膏的陶瓷生片进行临时压接并且依次层叠，形成生片层叠体。之后，从生片层叠体除去粘合剂，对脱粘合剂后的生片层叠体进行烧制。由此，完成同时烧制陶瓷基板。
这样制作的同时烧制陶瓷基板具有无线通信用的配线电路、无源部件和平面阵列天线。因此，通过在同时烧制陶瓷基板安装无线通信用的芯片组等，实现还具备天线的无线通信组件。
此外，在多层陶瓷体的表面的陶瓷层完全覆盖整个辐射导体的情况下，能够保护辐射导体不受外部环境和外力的损害，能够抑制辐射效率下降和天线的特性发生变化。
另外，本实施方式中说明的平面阵列天线的辐射导体、平面导体层、第1地导体层、第2地导体层和带状导体的形状、数量、配置只不过是一个示意的例子。例如，也可以将多个辐射导体中的一部分配置在离地导体不同的距离的、陶瓷层的界面。此外，还可以在辐射导体设置槽隙。此外，平面阵列天线除了辐射导体还包括不被供电的导体，还可以隔着陶瓷层与辐射导体层叠。
(第四实施方式)
说明无线通信组件的实施方式。图17(a)是表示本发明的无线通信组件的实施方式的示意的底视图，图17(b)是表示安装在基板的无线通信组件的示意的截面图。无线通信组件104包括第二实施方式的多层陶瓷基板103、锡焊盘81、无源部件82和有源部件83。锡焊盘81设置在位于多层陶瓷基板103的下表面40v的电极74。无源部件82例如为片式电容器、片式电感器、片式电阻等，通过焊锡等与电极75接合。有源部件83例如为无线通信用的芯片组，是接收电路、发送电路、A/D转换器、D/A转换器、基带处理器、介质访问控制器等，通过焊锡等与电极76接合。
无线通信组件104例如通过倒装芯片接合、面朝下、即使得无源部件82和有源部件83与电路基板91相对的方式与设置有电极92的电路基板91接合。电路基板91的电极92与多层陶瓷基板103的电极74通过锡焊盘81电连接，由此，多层陶瓷基板103与外部的电源电路及其他组件电连接。
在安装在电路基板91的无线通信组件104，位于多层陶瓷基板103的上表面40u侧的辐射导体11设置在与电路基板91相对的下表面40v的相反侧。因此，能够不受无源部件82和有源部件83或者电路基板91的影响地从辐射部51辐射准微波、厘米波、准毫米波、毫米波段的电波，此外，能够在辐射部51接收从外部到达的准微波、厘米波、准毫米波、毫米波段的电波。因此，能够实现具备宽波段的天线、小型、且能够进行表面安装的无线通信组件。
(平面阵列天线的特性的计算例)
说明通过计算求得第二实施方式的平面阵列天线的特性的结果。按图18和表1所示的尺寸和物性测量s参数。图19表示VSWR特性。此外，图20和图21表示平面阵列天线的辐射特性。为了进行参考而求取带状导体14的两端部与第1地导体层13的距离相同的平面阵列天线的特性，并在这些图中进行表示。在图19至图21中，实线表示实施例的特性，虚线表示参考例的特性。
[表1]
项目 值
介电常数 6
tanδ 0.0018
电极的材质和尺寸 Ag，12μm，4μm
单位元件的节距 x：5.357mm，y：5.357mm
单位元件的数量 6个(3×2)
如图19所示，例如，VSWR为1.5以下的范围在参考例中为约27.2GHz至约28.8GHz，与此相对，在实施例中为约26.4GHz至约29.5GHz。根据第二实施方式平面天线可知，能够在宽的波段抑制反射波，发送电磁波。
图20和图21表示从实施例1的平面阵列天线辐射的电磁波的增益特性。图20和图21表示取图1所示坐标的情况下的xz平面和yz平面的特性。令z轴即上表面40u的法线方向为0°，令+x轴和-x轴方向或+y轴和-y轴方向对应θ的+90°和-90°。
根据这些图，与参考例相比较可知，在实施例的平面天线，在曲线记述的范围内有增益相同之处和增益改善0.2dB左右之处，平均看来得到了改善。
因此，根据这些计算结果可知，实施例的平面天线能够在宽波段进行电磁波的发送和接收，且增益也得到提高。
附图标记的说明
11 辐射导体
12 平面导体层
12c 第2槽隙
13 第1地导体层
13c 第1槽隙
14 带状导体
14c 第1端部
14d 第2端部
15 第2地导体层
15d 开口
16、17、18 通孔导体
22 通孔导体部
21～31 平面带状部
40、40’ 多层陶瓷体
40a、40b、40e 陶瓷层
40u、40’u 上表面
40v 下表面
41 电介质
41c 电介质的层
50、50’ 单位元件
51、51’ 辐射部
52、52’ 供电部
71 无源部件图案
72 配线图案
73 导电性通孔
74～76、92 电极
81 锡焊盘
82 无源部件
83 有源部件
91 电路基板
101 平面阵列天线
102、102’、103 多层陶瓷基板
104 无线通信组件(模块)

Claims (21)

1.一种平面阵列天线，1维或2维地配置有多个单位元件，其特征在于：
各单位元件包括：
辐射部，其包括辐射导体和与所述辐射导体隔开间隔地配置的、具有第1槽隙的第1地导体层；和
包括带状导体的供电部，
所述带状导体具有从外部供电的第1端部和在长度方向上与所述第1端部隔开间隔的第2端部，
所述第1端部与所述第1地导体层的距离和所述第2端部与所述第1地导体层的距离不相同。
2.如权利要求1所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述供电部包括与所述带状导体隔开间隔地配置的第2地导体层，所述带状导体位于所述第1地导体层与所述第2地导体层之间。
3.如权利要求2所述的平面阵列天线，其特征在于：
在各单位元件，所述辐射导体和所述第1槽隙在层叠方向上位置对齐。
4.如权利要求2或3所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述带状导体的长度方向与所述第1槽隙的长度方向相交叉。
5.如权利要求2～4中的任一项所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述第2端部与所述第1地导体层的距离比所述第1端部与所述第1地导体层的距离短。
6.如权利要求5所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述带状导体包括多个平面带状部和至少1个通孔导体部，
所述多个平面带状部以在所述第1端部与所述第2端部之间使得各平面带状部的长度方向与所述带状导体的长度方向一致的方式配置，且各平面带状部的两端的至少一端通过所述多个通孔导体部的1个通孔导体部与相邻的平面带状部的两端中的一端连接，
在所述带状导体，相邻的2个平面带状部中的位于所述第2端部侧的平面带状部比位于所述第1端部侧的平面带状部更靠近所述第1地导体层。
7.如权利要求6所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述多个平面带状部的与所述长度方向垂直的方向的宽度彼此相等。
8.如权利要求6所述的平面阵列天线，其特征在于：
在所述多个平面带状部中的至少1对相邻的2个平面带状部中，位于所述第2端部侧的平面带状部的与所述长度方向垂直的方向的宽度大于位于所述第1端部侧的平面带状部的与所述长度方向垂直的方向的宽度。
9.如权利要求6所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述多个平面带状部中的至少1个平面带状部的宽度在所述第2端部侧大于所述第1端部侧。
10.如权利要求6所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述多个平面带状部与所述第1地导体层平行地配置。
11.如权利要求5所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述带状导体包括平面带状部，
所述平面带状部的长度方向与所述带状导体的所述长度方向一致，
所述平面带状部的两端中的所述第2端部侧的端部比所述第1端部侧的端部更靠近所述第1地导体层。
12.如权利要求2～11中的任一项所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述辐射部还包括：在所述辐射导体与所述第1地导体层之间与所述辐射导体和所述第1地导体层分别隔开间隔地配置的、具有第2槽隙的平面导体层。
13.如权利要求12所述的平面阵列天线，其特征在于：
在所述各单位元件，所述辐射部包括多个所述平面导体层。
14.如权利要求12或13所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述第2槽隙具有与所述第1槽隙相同的形状。
15.如权利要求12或13所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述第2槽隙具有与所述第1槽隙不同的形状。
16.如权利要求12～15中的任一项所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述第1地导体层与所述平面导体层的间隔为50μm以下。
17.如权利要求12～16中的任一项所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述平面导体层与所述第1地导体层或所述第2地导体层电连接。
18.如权利要求12～16中的任一项所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述平面导体层为浮置导体层。
19.如权利要求2～18中的任一项所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述各单位元件的所述供电部还具有多个通孔导体，
所述多个通孔导体与所述第1地导体层和所述第2地导体层连接，包围所述带状导体。
20.如权利要求2～19中的任一项所述的平面阵列天线，其特征在于：
所述各单位元件包括多层陶瓷体，至少所述平面导体层、所述第1地导体层、所述第2地导体层和所述带状导体埋设于所述多层陶瓷体内。
21.一种无线通信组件，其特征在于，包括：
权利要求20所述的平面阵列天线；和
与所述平面阵列天线电连接的有源部件。
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