CN114730993A - 高频装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高频装置。电介质基板(2)具有多个图案层。在电介质基板的第一图案层形成有被用作接地面的底板(4)。功能部(5)具有多个导体贴片(50)，该多个导体贴片(50)是在与第一图案层不同的第二图案层形成的无供电图案。导体贴片被周期性地配置，并且沿着至少一个方向的边被设定为在电介质基板的表面传播的电波谐振的长度。

Description

高频装置

相关申请的交叉引用

本国际申请主张基于在2019年11月18日向日本专利厅申请的日本专利申请第2019-208005号的优先权，通过参照将日本专利申请第2019-208005号的全部内容引用到本国际申请中。

技术领域

本公开涉及使用电介质基板的高频装置。

背景技术

作为通过形成在电介质基板上的图案来实现各种功能的高频装置之一，有贴片天线。在将这种贴片天线用作车载雷达的天线的情况下，例如，搭载于保险杠内。从贴片天线放射并被保险杠反射的电波在形成有天线图案的电介质基板的表面再反射，从而干扰放射波，使天线特性劣化。

在下述专利文献1中记载了如下技术：使用具有电磁带隙(即，EBG)结构的反射阵列，任意地控制被保险杠反射的来自正面方向的入射波的反射方向，从而抑制反射的影响。EBG结构具有规则地排列经由通孔与接地板连接的多个贴片的结构。

专利文献1：日本特开2014-45378号公报

然而，发明人的详细的研究结果发现了如下课题：在专利文献1所记载的现有技术中，对在基板表面传播的表面波不起作用，不能抑制表面波的影响。

发明内容

在本公开的一个方面中，提供了抑制在电介质基板的表面传播的表面波的影响的技术。

本公开的一个方式是高频装置，具备电介质基板、底板以及功能部。电介质基板具有多个图案层。底板形成于电介质基板的第一图案层，作为接地面使用。功能部具有多个导体贴片，上述多个导体贴片是在电介质基板的与第一图案层不同的第二图案层形成的无供电图案。导体贴片被周期性地配置，并且沿着至少一个方向的边被设定为在电介质基板的表面传播的电波即表面波谐振的长度。

根据这样的结构，表面波在属于功能部的导体贴片上谐振，从而表面波的传播损耗增大。其结果是，抑制基于表面波的来自导体贴片的辐射以及到达电介质基板的端部的表面波的来自基板端的辐射等，因此能够抑制表面波的影响。

附图说明

图1是示意性地表示第一实施方式的高频装置的结构的俯视图。

图2是表示以图1的II-II线切断的剖面的垂直剖视图。

图3是表示变形例的高频装置的结构的垂直剖视图。

图4是示意性地表示第二实施方式的高频装置的结构的俯视图。

图5是表示导体贴片的边的长度和谐振时的反射相位的关系的图表。

图6是说明导体贴片对极化波的旋转作用的图。

图7是表示得到180°的反射相位差且10dB以上的反射抑制效果的功能部的设计例的一览表。

图8是表示对图7所示的设计例中的每个设计例，通过模拟计算出功能部的正向传输系数的频率特性的结果的图表。

图9是表示对实施例1以及被设计成在各边不发生强谐振的比较例1，通过模拟计算出功能部中的电场分布的结果的图。

图10是示意性地表示第三实施方式的高频装置的结构的俯视图。

图11是表示对实施例2、不具有功能部的比较例2、以及具有功能部但边未设定为λg/2的比较例3，通过模拟计算出反射剖面积的结果的图表。

图12是表示对实施例2以及比较例3，通过模拟计算出表示增益相对于方位的变化的天线特性的结果的图表。

图13是表示构成功能部的导体贴片的配置图案的变形例的图。

图14是表示构成功能部的导体贴片的配置图案的变形例的图。

图15是表示构成功能部的导体贴片的配置图案的变形例的图。

具体实施方式

以下，参照附图对本公开的实施方式进行说明。

[1.第一实施方式]

[1-1.结构]

参照图1和图2对本实施方式的高频装置1的结构进行说明。

高频装置1具备电介质基板2、底板4以及功能部5。

电介质基板2是由电介质形成的具有厚度的长方形的板材。以下，将电介质基板2的两个板面中的第一板面称为基板表面2a，将第二板面称为基板背面2b。基板表面2a以及基板背面2b均被用作图案层。另外，将沿着长方形的电介质基板2的一个边的方向称为X轴方向，将沿着与该边正交的边的方向称为Y轴方向，将基板表面2a的法线方向称为Z轴方向。其中，电介质基板2的形状并不限定于长方形，可以为任意的形状。

底板4是形成为覆盖基板背面2b的整个面的铜制的图案，作为接地面发挥作用。也就是说，基板背面2b相当于第一图案层。

功能部5形成于基板表面2a的至少一部分，具有抑制基板表面2a中的表面波(以下，对象表面波)的传播的功能。在这里，表面波沿着X轴方向从图1中的左方向右方传播。功能部5具备周期性且二维地配置的多个导体贴片50。也就是说，基板表面2a相当于第二图案层。

导体贴片50均是形成为具有同一形状、同一尺寸的长方形的铜制的无供电图案。以下，将长方形的导体贴片50的长边及短边中的任意一个边称为第一边，将剩余的一个边称为第二边。多个导体贴片50以分别被绝缘，且第一边沿着X轴方向、第二边沿着Y轴方向的方式，分别以一定间隔配置。也就是说，导体贴片50配置为第一边沿着对象表面波的传播方向。在图1中，将形成为长方形的导体贴片50的长边作为第一边。

对于导体贴片50而言，将对象表面波的管内波长设为λg，第一边具有λg/2的长度。管内波长λg是以与电介质基板2的介电常数相应的缩短率被缩短的对象表面波的波长。但是，第一边的长度不需要严格地为λg/2，只要是对象表面波谐振的长度即可。例如，第一边的长度也可以在相对于λg/2±5％左右的范围内不同。另外，导体贴片20的第一边不需要与对象表面波的传播方向严格地一致。例如，第一边也可以在相对于对象表面波的传播方向±45°的范围内倾斜。

[1-2.作用]

在像这样构成的高频装置1中，在基板表面2a沿着X轴方向传播的对象表面波在功能部5所具有的各导体贴片50的具有λg/2的长度的沿着X轴方向的第一边谐振。在该谐振时，对象表面波受到导体贴片50中的电阻损耗以及电介质基板2中的介质损耗。

[1-3.效果]

根据以上详细叙述的第一实施方式，起到以下的效果。

(1a)在高频装置1中，在基板表面2a传播的对象表面波因在属于功能部5的导体贴片50上谐振而受到损耗。其结果是，能够抑制基于对象表面波的来自导体贴片50的辐射以及到达电介质基板2的端部的对象表面波的来自基板端的辐射。也就是说，不仅能够获得抑制对象表面波的传播的表面波抑制效果，还能够获得抑制基于对象表面波的来自导体贴片50的辐射的辐射抑制效果。

(1b)当在电介质基板2上设置有对象表面波的发生源以及其他电路的情况下，通过在发生源与其他电路之间设置功能部5，能够抑制其他电路受到对象表面波的影响。

[1-4.变形例]

在第一实施方式的高频装置1中，使用了在基板表面2a以及基板背面2b具有图案层的电介质基板2，但电介质基板的构造并不限定于此。例如，也可以像图3所示的高频装置1a那样，使用除了基板表面3a以及基板背面3b之外，在基板内层3c也具有图案层的多层的电介质基板3。在该情况下，也可以在基板内层3c形成功能部5。但是，功能部5形成于隔着电介质层与形成有底板4的图案层邻接的图案层。此外，形成于基板表面3a的图案41可以是作为接地面发挥功能的图案，也可以是作为高频电路发挥功能的图案。

[2.第二实施方式]

[2-1.与第一实施方式的不同点]

第二实施方式由于基本结构与第一实施方式相同，因此以下对不同点进行说明。此外，与第一实施方式相同的附图标记表示相同的结构，参照之前的说明。

在上述的第一实施方式的高频装置1中，以属于功能部5的导体贴片50的第一边沿着X轴方向(即，对象表面波的传播方向)的方式配置有导体贴片50。在第二实施方式的高频装置1b中，如图4所示，属于功能部6的导体贴片60的第一边以及第二边均被配置成相对于X轴方向相互向相反方向倾斜45°。

以下，将沿着导体贴片60的第一边的方向称为α方向，将沿着第二边的方向称为β方向。α方向和β方向是相互正交的方向。导体贴片60的沿着α方向的第一边的长度Lα和沿着β方向的第二边的长度Lβ不同。

多个导体贴片60分别被绝缘，全部以相同的角度倾斜，在α方向以及β方向上以一定间隔排列而配置。

在导体贴片60中，第一边的长度Lα被设定为λg/2。第二边的长度Lβ被设定为相对于表面波谐振，在第二边谐振的信号的相位与在第一边谐振的信号的相位之差(以下，谐振时相位差)Δθ成为相反相位(即，相位相差180°)。

如图5所示，导体贴片60的各边的长度Lα、Lβ和在各边谐振的信号的相位具有相关性。利用该关系，导体贴片60的各边的长度Lα、Lβ被设定为谐振时相位差Δθ成为180°的长度。

[2-2.动作]

对对象表面波是极化面沿着X轴方向的水平极化波的情况进行说明。α方向以及β方向具有相对于对象表面波的极化面分别以45°的角度倾斜的方向。若对象表面波传播过来，则由对象表面波激励的电流在导体贴片60的第一边和第二边流动，在α方向和β方向这两个方向上谐振。此时，第一边的长度Lα和第二边的长度Lβ不同，因此两个方向上的谐振长度不同。其结果是，在第一边谐振的信号的相位和在第二边谐振的相位产生相位差，即成为Δθ≠0°，因此从导体贴片60放射的放射波的极化波方向与对象表面波的极化波方向不同。

特别是，在Δθ＝180°的情况下，从由对象表面波激励的导体贴片60放射的放射波如图6所示，从沿着对象表面波的X轴方向的水平极化波变化为沿着Y轴方向的垂直极化波。其结果是，可抑制具有与对象表面波相同的水平极化波的电波和来自具有垂直极化波的导体贴片60的辐射波的干扰。

此处，图7表示使导体贴片60的各边的长度Lα、Lβ以及导体贴片60的配置间隔g变化，将来自导体贴片60的辐射抑制为10dB以上的参数的组合。具体而言，使Lα在相对于λg/2±5％的范围内变化，通过模拟计算出Lβ、g。图8是对图7所示的参数的组合模式1～5中的每个组合模式，通过模拟计算出表面波的传播特性的结果。在使用作为模式4示出的参数的组合的情况下，可知在76GHz～77GHz中，辐射抑制效果以及表面波抑制效果都可得到10dB以上。

图9表示对实施例1以及比较例1，通过模拟计算出电场分布的结果。实施例1是设计成均能得到表面波抑制效果以及反射抑制效果的高频装置1b。比较例1是设计成导体贴片60的第一边以及第二边均与λg/2相差5％以上、即在各边不发生强谐振的高频装置。

在图9中，阴影线所示的部位是观测到强电场强度的部位。在实施例1中，可知在沿着各导体贴片60的第一边的α方向进行谐振而在α方向的两端得到强电场、以及通过谐振，表面波的传播被抑制，从而从导体贴片60放射的电场的强度减弱。

在比较例1中，可知由于不发生导体贴片60中的强谐振，因此表面波以强强度传播，从而从各导体贴片60辐射的电场的强度也变强。

[2-3.效果]

根据以上详细叙述的第二实施方式，起到上述的第一实施方式的效果(1a)(1b)，并且起到以下的效果。

(2a)在高频装置1b中，基于对象表面波的来自导体贴片60的辐射波被转换为具有与对象表面波不同的极化面，因此能够进一步抑制辐射波与和对象表面波相同的水平极化波的电波干扰。

[3.第三实施方式]

[3-1.与第二实施方式的不同点]

第三实施方式由于基本结构与第二实施方式相同，因此以下对不同点进行说明。此外，与第一实施方式和第二实施方式相同的附图标记表示相同的结构，参照之前的说明。

在上述的第二实施方式的高频装置1b中，在基板表面2a设置有功能部6。在第三实施方式的高频装置1c中，如图10所示，在除了功能部6之外，在基板表面2a还设置有天线部7的点与第二实施方式不同。

高频装置1c例如被用作用于检测存在于车辆周边的各种物标的毫米波雷达中的天线装置。

天线部7具有作为放射预先设定的动作频率的电波的放射元件发挥作用的一个以上的天线图案。

在高频装置1c中，天线部7配置于基板表面2a的中央附近。在天线部7的周围，在除了布线针对天线部7的供电线的一个方向以外的三个方向上形成功能部6。在图10中，在天线部7，在除了下方以外、即在上方以及左右方向上形成有功能部6。

天线部7具有沿着图中X轴方向的极化面，发送管内波长成为λg的直线极化波(以下，水平极化波)。

[3-2.实验]

将对具有功能部6的高频装置1c(以下，实施例2)的雷达反射剖面积(以下，RCS)进行测定的结果示于图11。作为比较例2，一并示出不具有功能部6的单纯的金属板的RCS。

在高频装置1c(即，实施例2)中，可知由于功能部6的存在，与比较例2相比，将正面方向以外的RCS抑制为足够小的值。此外，在具有与功能部6类似的构造，但导体贴片60的边的长度Lα、Lβ均被设定为天线部7发送的电波不谐振的长度的比较例3中，也可得到与实施例2同样的测定结果。

将实施例2以及比较例3的天线特性示于图12。

在比较例3中，抑制基于表面波的来自导体贴片60的辐射波由于极化面的旋转而对天线部7的特性产生影响。但是，基于表面波的来自基板端的辐射波成为针对来自天线部7的放射波的干扰波，对天线特性产生影响，具体而言，增益根据方位大幅变动。在实施例2中，通过表面波在导体贴片60中谐振，抑制从天线部7向基板端的表面波的传播，通过基板端辐射(即，干扰波)减少，抑制增益的变动。

[3-3.效果]

根据以上详细叙述的第三实施方式，起到上述的第一实施方式和第二实施方式的效果(1a)(1b)(2a)，并且起到以下的效果。

(3a)在高频装置1c中，通过配置于天线部7与基板端部之间的功能部6，将天线部7作为发生源的表面波的传播、进而基于表面波的基板端辐射减少。其结果是，抑制由基板端辐射的干扰引起的天线特性的紊乱，因此能够提高天线性能。

此外，基板端辐射具有扩大在天线特性中得到所希望的增益的角度范围的作用，因此也可以设计功能部6所具有的传播特性以得到所需的基板端辐射。

[4.其他实施方式]

以上，对本公开的实施方式进行了说明，但本公开并不限定于上述的实施方式，能够进行各种变形来实施。

(4a)在上述实施方式中，构成功能部5、5的导体贴片50、50如图1以及图4所示，配置成长方形的第一边以及第二边均排列成一列，但导体贴片的配置方法并不限定于此。例如如图13所示，长方形的导体贴片60也可以配置成仅第一边和第二边中的任意一边排列成一列。

(4b)在上述实施方式中，使用长方形的导体贴片50、50，但导体贴片的形状并不限定于此。例如，也可以使用图14所示的六边形的导体贴片61以及如图15所示八边形的导体贴片62等任意多边形的导体贴片。

(4c)也可以通过多个构成要素来实现上述实施方式中的一个构成要素所具有的多个功能、或者通过多个构成要素来实现一个构成要素所具有的一个功能。另外，也可以通过一个构成要素来实现多个构成要素所具有的多个功能、或者通过一个构成要素来实现由多个构成要素实现的一个功能。另外，也可以省略上述实施方式的结构的一部分。另外，也可以对其他上述实施方式的结构附加或者置换上述实施方式的结构的至少一部分。

(4d)除上述的高频装置1、1a～1c外，也能够以将该高频装置1、1a～1c作为构成要素的系统、不必要辐射抑制方法等各种方式来实现本公开。

Claims (8)

1.一种高频装置，具备：

电介质基板(2、3)，具有多个图案层；

底板(4)，形成于上述电介质基板的第一图案层，被用作接地面；以及

功能部(5、6)，具有多个导体贴片(50、60、61、62)，上述多个导体贴片是在上述电介质基板的与上述第一图案层不同的第二图案层形成的无供电图案，

上述导体贴片被周期性地配置，并且沿着被指定的至少一个方向的边被设定为在上述电介质基板的表面传播的电波谐振的长度。

2.根据权利要求1所述的高频装置，其中，

被设定为上述电波谐振的长度的上述导体贴片的边具有上述电波的管内波长的1/2的长度。

3.根据权利要求1或2所述的高频装置，其中，

上述导体贴片是多边形，将沿着多边形所具有的多个边中的一个以上的边中的每个边的方向作为排列方向，沿着上述排列方向周期性地配置。

4.根据权利要求3所述的高频装置，其中，

上述导体贴片是长方形，将沿着正交的两个边中的每个边的两个方向作为上述排列方向。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的高频装置，其中，

上述电介质基板具有三层以上的图案层，

上述功能部形成于从上述两面被电介质层夹持的内侧的图案层。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的高频装置，其中，

在上述第二图案层形成有天线部(7)，上述天线部具有作为放射元件发挥作用的一个以上的天线图案，

上述多个导体贴片配置于上述天线部与上述电介质基板的端部之间。

7.根据权利要求1～5中任一项所述的高频装置，其中，

在上述第二图案层形成有天线部(7)，上述天线部具有作为放射元件发挥作用并放射直线极化波的一个以上的天线图案，

上述多个导体贴片构成为在相对于从上述天线部放射的放射电波的极化波方向倾斜的两个方向上，产生相对于具有上述天线部的动作频率的入射波相反相位的辐射波。

8.根据权利要求7所述的高频装置，其中，

上述导体贴片具有相对于上述放射电波的极化波方向彼此相互向相反方向倾斜45°的两边。

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