JP2001267840A - アンテナ一体型分波器基板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アンテナと分波器とを一体的に形成して小型化
を図ることができるとともに、アンテナと分波器との干
渉を抑制することのできるアンテナ一体型分波器基板を
提供する。 【解決手段】誘電体基板１の一方の表面または内部に分
波回路２を形成し、誘電体基板１の分波回路２が設けら
れていない一方の表面に接地層３を形成するとともに、
接地層３内にスロットアンテナ５などのアンテナ素子を
形成するか、あるいは接地層３上に誘電体共振器アンテ
ナ４などのアンテナ素子を載置し、アンテナ素子と分波
回路２とを信号伝達が可能なように接続する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に通信に使用
するアンテナ装置に用いられるアンテナ一体型分波器基
板に関し、より詳しくは異なる周波数信号を送受信する
ことができ、アンテナと分波器を一体化した小型のアン
テナ一体型分波器基板に関する。

【０００２】

【従来技術】無線通信装置の設計における現在の傾向
は、複数の異なるシステムに対応できる装置を提供する
ことにある。このような通信装置では各通信システムに
対応する複数の異なる周波数帯の信号を送受信できる無
線通信用部品が必要である。また通信装置全体の小型化
と計量化を保つために、各部品の多機能化と小型軽量化
が求められている。

【０００３】アンテナ装置は、無線通信装置に使用され
る部品の中でも大きなものの一つである。アンテナの寸
法を小さくするための一つの方法は波長よりも小さいア
ンテナ素子とインピーダンス変換器を含めて共振型のア
ンテナとすることであり、その例の一つにマイクロスト
リップアンテナがある。しかしながら、このように小型
化したアンテナの特性は狭帯域となりやすく、複数のシ
ステムに対応できる無線通信装置に利用する場合には、
複数のアンテナを使用する必要が生ずる。また、他のア
ンテナを使用する場合でも通信装置が対応すべき周波数
範囲が広いほど利用できる単一の小型アンテナを見出す
ことは困難である。

【０００４】各々の通信システムに応じて個別のアンテ
ナを具備した無線通信装置において使用されるアンテナ
には、それぞれのアンテナと、それに対応する送受信機
との間で信号を伝送するための複数の給電線が必要であ
る。通信装置の小型軽量化およびコスト低減のために
は、できるだけ部品の共有化を図り部品点数を減らすこ
とが望ましく、アンテナへの給電においても可能であれ
ば一本の給電線を使用することが望ましい。

【０００５】周波数の異なる複数の信号が伝送された単
一の伝送線から周波数毎に異なる伝送線に分波し複数の
アンテナに伝送したり、あるいは複数のアンテナによっ
て受信された周波数の異なる複数の信号を単一の伝送線
に合波する方法としては、例えば、図７、図８に示すよ
うな回路が使用される。

【０００６】図７の回路に示すように、周波数の異なる
複数の信号が伝送される単一の伝送線２１を複数の伝送
線２２ａ、２２ｂ、２２ｃに分割した後、各信号周波数
に適合した濾波器２３ａ、２３ｂ、２３ｃによって、そ
れぞれの周波数の信号のみを通過させてそれぞれの給電
線２４ａ、２４ｂ、２４ｃを経由して各アンテナ素子２
５ａ、２５ｂ、２５ｃに伝送する方法、または図８に示
されるように、周波数の異なる複数の信号が伝送される
単一の伝送線２６を分波器２７に接続して、異なる周波
数ごとに分波し給電線２８ａ、２８ｂ、２８ｃを経由し
て各アンテナ素子２９ａ、２９ｂ、２９ｃに伝送する方
法が知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の分波、または合
波する方法においては、図７の回路では、信号の電力が
分割されるために、信号電力の浪費が起こる欠点があ
る。一方、図８の回路では、信号の電力が浪費されない
点において有利である。

【０００８】しかしながら、上記図８の回路を具体的に
構成する場合、アンテナ素子２９ａ、２９ｂ、２９ｃ
と、分波器２７とを別体にて形成しそれらを電気的に結
線することが一般的に行なわれているが、一本の給電線
から分波器を経由して複数のアンテナに給電する場合、
分波器とアンテナの間の給電線が長いと、信号電力の損
失が大きくなるという問題があった。

【０００９】他方、誘電体基板の表面に分波器とアンテ
ナとを形成することも提案されているが、分波器とアン
テナとを同一面内に設けると、給電線を短くすることは
できるものの、アンテナと分波器の両方の大きさだけ基
板の面積が必要になり、小型化には不利である。また分
波器をアンテナに近づけすぎるとアンテナと分波器回路
との間で干渉が起こり特性の劣化をもたらす虞があっ
た。

【００１０】従って、本発明は、上記の問題点を解決す
ることを主たる目的とするものであって、具体的には、
アンテナと分波器とを一体的に形成して小型化を図るこ
とができるとともに、アンテナと分波器との干渉を阻止
することのできるアンテナ一体型分波器基板を提供する
ことを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上述の従来
技術による問題点を解決するために種々検討を行なった
結果、アンテナ素子と分波回路を設けた分波器基板とを
一体的に形成するとともに、前記アンテナ素子と分波回
路間に接地層を形成することにより上記の目的が達成さ
れることを見いだしたものである。またアンテナ素子が
スロットアンテナの場合には、前記分波器基板の分波回
路が設けられていない表面または内部に形成された接地
層に前記分波回路と信号伝達が可能となるようにスロッ
トを配置することにより同様の目的が達成されることを
見出したものである。

【００１２】即ち、本発明のアンテナ一体型分波器基板
は、誘電体基板の一方の表面または内部に分波回路を形
成し、該誘電体基板の分波回路が設けられていない一方
の表面に接地層を形成するとともに、該接地層内にアン
テナ素子を形成するか、または該接地層上にアンテナ素
子を載置し、該アンテナ素子と前記分波回路とを信号伝
達が可能なように接続してなることを特徴とするもので
ある。

【００１３】なお、上記構成において、前記分波回路
が、方向性結合回路とリング型共振回路とからなる方向
性濾波回路を具備することが望ましく、また複数の異な
る使用周波数に対応すべく前記分波回路が、動作周波数
が異なる複数の方向性濾波器を具備し、この複数の方向
性濾波回路が、給電側から動作周波数が高い順に配置さ
れていることが望ましい。

【００１４】また、接地層内のアンテナ素子としては、
スロットアンテナが好適であって、分波回路と電磁的に
結合することによって信号の伝達を行なうことが望まし
い。また、接地層上に載置されるアンテナ素子としては
誘電体共振器アンテナが好適であり、分波回路とは、該
分波回路から前記誘電体基板を貫通して前記誘電体共振
器アンテナ内に延びる貫通導体を設け分波回路と接続す
ることによって、信号の伝達を行なうことが望ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明のアンテナ一体型分
波器基板を図面を基に説明する。

【００１６】図１は、本発明のアンテナ一体型分波器基
板の一実施例を示す概略断面図であり、図２はその概略
斜視図である。図１及び図２のアンテナ一体型分波器基
板Ａによれば、誘電体基板１の内部には、分波回路２が
内蔵されており、さらに誘電体基板１の一方の表面に
は、接地層３が被着形成されており、その接地層３の上
には、誘電体共振器アンテナ４が誘電体基板１と一体的
に載置され、また接地層３内には、スロットアンテナ５
が形成されている。

【００１７】上記誘電体共振器アンテナ４と誘電体基板
１との間に介在する接地層３には、開口３ａが形成され
ており、また分波回路２と誘電体共振器アンテナ４と
は、分波回路２から誘電体基板１および開口３ａを通過
して誘電体共振器アンテナ４の内部まで延びて貫通導体
６が設けられている。この誘電体共振器アンテナ４の内
部まで延びる貫通導体６は、モノポールアンテナとして
機能し、分波回路２と、誘電体共振器アンテナ４間での
信号の相互の伝達を行なうことができる。

【００１８】この誘電体共振器アンテナ４は、例えば、
ＨＥＭ１１δモードで共振し、その共振周波数付近の周
波数において、アンテナとして機能する。

【００１９】一方、スロットアンテナ５は、接地層３内
に、所定の寸法のスロット孔３ｂとして形成され、誘電
体基板１内部に形成された分波回路２の線路の端部と対
峙する位置に形成されることによって、スロットアンテ
ナ５と分波回路２とは電磁的に結合され、分波回路２
と、スロットアンテナ４間での信号の相互の伝達を行な
うことができる。

【００２０】具体的には、接地層３内のスロット孔３ｂ
と分波回路２の伝送線路１２の終端１２ａとが平面的に
みて図３に示すように配置される。即ち、スロット孔３
ｂの長さｙ、スロット孔３ｂの中心から伝送線路１２の
突き出し長さｚ、伝送線路１２における信号の波長Ｍ
１、スロット孔３ｂにおける信号の波長Ｍ２において、
典型的には、２ｙ＝Ｍ２、４ｚ＝Ｍ１の関係を満たす場
合、伝送線路１２を伝送された信号がスロットアンテナ
５のスロット孔３ｂより効率的に放射され、あるいはス
ロット孔３ｂを通じて伝送線路１２に信号が効率的に受
信、伝送される。

【００２１】なお、図１のアンテナ一体型分波器基板Ａ
においては、誘電体基板１の他方の表面にも接地層７が
被着形成されており、接地層３、７および分波回路２に
よってストリップ線路による回路が形成されている。

【００２２】本発明によれば、上記の構造によってアン
テナ素子４と分波回路２を有する誘電体基板１とが接合
一体化されているために小型軽量化とともに、図８に示
したような一本の給電線から分波器を経由して複数のア
ンテナに給電する回路を形成する場合、分波回路２とア
ンテナ素子４間の給電線となる貫通導体６の長さを極力
短くできるために、信号パワーの損失を低減することが
できる。

【００２３】また、誘電体共振器アンテナ素子４と分波
回路２との間には接地層３が介在しているために、アン
テナ素子４から放射される電磁界と分波回路２の電磁界
とが互いに干渉を及ぼしあい特性が劣化することも避け
られる。

【００２４】なお、本発明において、前記分波回路２と
しては、周知の回路を用いることができるが、その具体
的な回路パターンの例を図４に示した。分波回路２は、
方向性結合回路ａ，ｂと、リング型共振回路ｃからなる
方向性濾波回路ｘを具備し、分波する信号の数によって
方向性濾波回路の数を調整されるが、図４では２つの方
向性濾波回路ｘ１，ｘ２が設けられている。

【００２５】この図４の分波回路２においては、まず、
送受信機側のポート１０から入力された異なる周波数か
らなる２つの信号ｆ１，ｆ２のうち１つの信号ｆ１は、
伝送線路１１から第１の方向性濾波回路ｘ１における方
向性結合回路ａ１及びリング型共振回路ｃ１により決定
される周波数において、方向性結合回路ａ１によってリ
ング型共振回路ｃ１に結合され、さらに他方に形成され
たもう一つの方向性結合回路ｂ１により他方の伝送線路
１２に結合され、アンテナ素子、例えば、スロットアン
テナ５と伝送線路１２の終端とを対峙させることによっ
てスロットアンテナ５に伝送される。

【００２６】他方の信号ｆ２はさらに伝送線路１１を進
行し次の方向性濾波回路ｘ２における方向性結合回路ａ
２において方向性結合回路ａ２とリング型共振回路ｃ２
により決定される周波数においてリング型共振回路ｃ２
に結合され、他方の方向性結合回路ｂ２により他方の伝
送線路１３に結合され、アンテナ素子、例えば、誘電体
共振器アンテナ４に対して給電線となる貫通導体６を経
由して誘電体共振器アンテナ４に伝送される。

【００２７】なお、上記２つの方向性濾波回路ｘ１，ｘ
２で分波されなかった周波数成分は伝送線路１１を進行
するが、例えば、それがミキサ回路や増幅器等で発生し
た高調波成分等の不要成分である場合には、伝送線路１
１の終端において減衰器等を設け、減衰させる。また上
記２つの方向性濾波回路ｘ１，ｘ２で分波されなかった
周波数成分中には第３の信号を含ませることができ、そ
の場合にはこの伝送線路１１の終端を第３のアンテナ素
子（図示せず）に接続すればよい。

【００２８】また、給電ポート１０から入力された信号
が異なる周波数からなる３つ以上の信号を含む場合に
は、図４と同様にその数に応じた方向性濾波回路を順次
設けて分波すればよい。

【００２９】なお、分波回路２において、前記複数の方
向性濾波回路ｘ１，ｘ２は、給電ポート１０側から動作
周波数が高い順に配置することが望ましい。これは逆に
配置した場合、低い周波数で動作する第１の方向性濾波
回路ｘ１における高次の共振によって、高い方の周波数
の信号成分が方向性濾波回路ｘ１に漏れ出て、次に配置
された第２の方向性濾波回路ｘ２において高い周波数の
信号が正しく取り出されることが妨げられる可能性があ
るためである。

【００３０】図４の分波回路の構造においては、リング
型共振回路ｃ１、ｃ２に結合され他方の伝送線路１２、
１３へ結合された信号は、アンテナ素子と接続された方
向へ進行し、伝送線路１２、１３の反対側の方向に伝送
することはない。

【００３１】なお、図１乃至図４のアンテナ一体型分波
器基板Ａでは、分波回路２を誘電体基板１の内部に設け
たが、本発明によれば、分波回路２は、図５に示すよう
に、誘電体基板１のアンテナ素子４、５を形成した面と
は反対側の表面に形成することも可能である。

【００３２】即ち、図５に示すように、誘電体基板１の
アンテナ素子４、５形成面とは反対側の面に分波回路２
が被着形成されており、スロットアンテナ５と分波回路
２とは図２に示した配置によって電磁的に結合され、誘
電体共振器アンテナ４と分波回路２とは誘電体基板１を
貫通する貫通導体６によって信号の伝達が可能なように
接続されている。

【００３３】また、かかる構造においても、誘電体基板
１のアンテナ素子４との接合面に接地層３が被着形成さ
れているために、アンテナ素子４と分波回路２間の干渉
を阻止することができる。

【００３４】また、図１乃至図５のアンテナ一体型分波
器基板においては、誘電体基板１の表面に接地層３内に
形成されたスロットアンテナ５と接地層３の上に載置さ
れた誘電体共振器アンテナ４を具備するものであった
が、本発明のアンテナ一体型分波器基板では、これに限
ることなく、アンテナ素子が、スロットアンテナのみか
らなる場合、または誘電体共振器アンテナのみからなる
場合であってもよく、さらには、上記の分波回路を具備
する誘電体基板に対して、スロットアンテナまたは誘電
体共振器アンテナと他のアンテナ素子とが組み合わせて
一体化されていてもよい。

【００３５】図１乃至図５の本発明のアンテナ一体型分
波器基板によれば、誘電体共振器アンテナ４と誘電体基
板１とは、接地層３を介して接着剤等によって接合して
一体化することができる。また、誘電体基板１及び誘電
体共振器アンテナ４がセラミックスからなる場合には、
誘電体共振器アンテナ４と誘電体基板１とを同時に焼成
して一体化することも可能である。

【００３６】また、誘電体基板１がセラミックスからな
る場合、スロットアンテナ５を有する接地層３、７、分
波回路２は、未焼成の誘電体基板の表面に金属ペースト
をパターンに印刷塗布したり、また貫通導体６は、未焼
成の誘電体基板や未焼成の誘電体共振器アンテナ４に貫
通孔を形成し、導体ペーストを充填した後、これらを同
時に焼成することによって形成できる。また、貫通導体
６は、または金属ピンを埋設することによっても形成で
きる。

【００３７】また、本発明のアンテナ一体型分波器基板
によれば、分波回路２によって少なくとも２つ以上に分
波された少なくとも一つの信号がアンテナ素子に接続さ
れていればよく、他の分波された信号はワイヤアンテナ
などの周知の外部アンテナ素子と接続することもでき
る。

【００３８】本発明におけるアンテナ一体型分波器基板
において、誘電体基板１は、アルミナ、ガラス、ガラス
セラミックス、窒化ケイ素、窒化アルミニウムなどのセ
ラミックス材料や、エポキシ樹脂などの有機樹脂を含有
する有機系絶縁材料あるいは有機系−セラミック系複合
材料など周知の絶縁材料によって形成することができ
る。特に、この誘電体基板１は、誘電率が１〜２００、
誘電損失（測定周波数３ＧＨｚ）が０．０１以下である
ことが望ましい。

【００３９】また、スロットアンテナ５を含む接地層
３、７、分波回路２および貫通導体６などは、銅、銀、
金、タングステン、モリブデンなどの周知の導体材料に
よって形成される。

【００４０】また、誘電体共振器アンテナ４は、誘電体
基板１の材質と同様の誘電体材料によって形成される
が、とりわけ、有電損失の小さい誘電体材料を使用する
ことが望ましい。

【００４１】図４で説明した分波回路についてその分波
特性について評価解析を行ないその結果を図６に示し
た。なお、評価では誘電体基板１として誘電率４．９の
誘電体基板１内に銅からなる分波回路を形成した。図６
から明らかなように、周波数２．５ＧＨｚの信号と周波
数５．８ＧＨｚの周波数が分波された。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述した通り、本発明のアンテナ一
体型分波器基板によれば、異なる複数の周波数を含む信
号を一本の給電線を使用して複数のアンテナに給電する
ことができ、アンテナと分波器を相互に干渉することな
く一体化し、給電線の長さを最小限にできると同時に小
型軽量化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアンテナ一体型分波器基板の一実施例
を説明するための概略断面図である。

【図２】図１のアンテナ一体型分波器基板の概略斜視図
である。

【図３】図１のアンテナ一体型分波器基板におけるスロ
ットアンテナと分波回路との結合構造を説明するための
平面図である。

【図４】本発明のアンテナ一体型分波器基板における分
波回路を説明するためのパターン図である。

【図５】本発明のアンテナ一体型分波器基板の他の実施
例を説明するための概略断面図である。

【図６】図４の分波回路の分波の評価解析結果を示す。

【図７】アンテナおよび分波回路との回路の概念図を示
す。

【図８】アンテナおよび分波回路との他の回路の概念図
を示す。

【符号の説明】

１ 誘電体基板 ２ 分波回路 ３，７ 接地層 ４ アンテナ素子（誘電体共振器アンテナ） ５ アンテナ素子（スロットアンテナ） ６ 貫通導体 ８ 伝送線路 ｘ１，ｘ２ 方向性濾波回路 ａ１，ａ２，ｂ１，ｂ２ 方向性結合回路 ｃ１，ｃ２ リング型共振回路 Ａ アンテナ一体型分波器基板

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電体基板の一方の表面または内部に分波
   回路を形成し、該誘電体基板の分波回路が設けられてい
   ない一方の表面に接地層を形成するとともに、該接地層
   内にアンテナ素子を形成するか、あるいは該接地層上に
   アンテナ素子を載置し、該アンテナ素子と前記分波回路
   とを信号伝達が可能なように接続してなることを特徴と
   するアンテナ一体型分波器基板。
2. 【請求項２】前記接地層内に形成されるアンテナ素子
   が、スロットアンテナであって、前記分波回路と電磁的
   に結合してなることを特徴とする請求項１記載のアンテ
   ナ一体型分波器基板。
3. 【請求項３】前記接地層上に載置されるアンテナ素子
   が、誘電体共振器アンテナであって、該分波回路から前
   記誘電体基板を貫通して前記誘電体共振器アンテナ内に
   延びる貫通導体によって前記分波回路と接続してなるこ
   とを特徴とする請求項１記載のアンテナ一体型分波器基
   板。
4. 【請求項４】使用周波数が異なる複数のアンテナ素子を
   有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載
   のアンテナ一体型分波器基板。
5. 【請求項５】前記分波回路が、方向性結合回路とリング
   型共振回路とからなる方向性濾波回路を具備することを
   特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載のアン
   テナ一体型分波器基板。
6. 【請求項６】前記分波回路が、動作周波数が異なる複数
   の方向性濾波回路を具備することを特徴とする請求項５
   記載のアンテナ一体型分波器基板。
7. 【請求項７】前記複数の方向性濾波回路が、給電側から
   動作周波数が高い順に配置されてなることを特徴とする
   請求項６記載のアンテナ一体型分波器基板。