JP2002076769A - 能動素子アンテナ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車載用や建物組込用等の用途に適しマイ
クロ波帯やミリ波帯の周波数で使用できる平面アンテナ
を得る。 【解決手段】 電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）等の
能動素子１、導電線路または受動素子を構成する透明性
を有する導電性膜２、誘電体３、導電性膜２を載置する
回路基板１６、回路基板１６の下部に貼り付けられた透
明導電膜による接地導体４、能動素子１に対して回路基
板１６の反対側に設けられ、能動素子１、導電性膜２お
よび誘電体３を保護する透明材料によるレドーム１５を
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発振・増幅回路と
して電界効果型トランジスタを用いた平面的なアンテナ
であって、車載用や建物組込用等の用途に適する能動素
子アンテナに関する。

【０００２】

【従来の技術】車両に搭載するのに適した平面的なアン
テナとして、車両の窓等に形成されるガラスアンテナが
ある。ガラスアンテナは、例えば、車両の窓ガラスに導
電性ペーストを線状に印刷した後に焼成することによっ
てガラスに一体化させたものである。ガラスアンテナ
は、数ＭＨｚから数１００ＭＨｚの周波数帯域の電波を
受信する用途に用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ガラスアンテナにおい
て、種々の周波数を用いた放送や、電波の偏波方式が異
なる種々の通信方式のそれぞれに対応し、かつ、所望の
アンテナ性能を有するアンテナを形成することが望まれ
る。そのような要望に対応しようとすると、アンテナ素
子の個数が増加したり形態が複雑になり、アンテナの構
成が複雑になってしまう。

【０００４】すなわち、種々の周波数や電波の偏波方式
に対応した構成にするために、アンテナ線条を形成する
ための導電性ペーストをガラス等に線状に印刷し焼成す
ることによってガラスに一体化させる処理が複雑化し、
車両の窓ガラス等に搭載可能でマイクロ波帯やミリ波帯
の周波数で使用できる平面的なアンテナを得るための工
程が複雑化する。

【０００５】そこで、本発明は、車載用や建物組込用等
の用途に適しマイクロ波帯やミリ波帯の周波数で使用で
きるアンテナであって、複雑な工程を経ることなく形成
することができる平面的なアンテナを提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の能動素子アンテ
ナは、回路基板の片面に導電線路、受動素子およびマイ
クロストリップアンテナが形成され、回路基板の他面に
接地導体が形成されるとともに、増幅素子としての電界
効果型トランジスタが実装された構成である。そして、
電界効果型トランジスタのゲート側に受動素子としての
オープンスタブが設けられ、電界効果型トランジスタの
ソース側に受動素子としてのショートスタブが設けられ
ている。また、電界効果型トランジスタのドレイン側か
らマイクロストリップラインが延伸され、マイクロスト
リップラインの先端側にマイクロストリップアンテナが
設けられるとともに、マイクロストリップラインの中途
にオープンスタブが設けられている。そして、マイクロ
ストリップラインの線路幅およびゲート側のオープンス
タブの線路幅は、１〜１００ＧＨｚの周波数範囲の使用
に適した１．１〜０．７９ｍｍである。

【０００７】なお、透明性を有する高性能の平面的なア
ンテナを得るために、回路基板は透明性を有することが
好ましく、導電線路、受動素子、マイクロストリップア
ンテナおよび接地導体の材質は透明導電膜であることが
好ましい。回路基板として透明性を有するものを使用し
た場合、導電線路等に透明導電膜を使用すれば、回路基
板の透明性を阻害することなく、高性能のアンテナ素子
を回路基板に搭載することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【０００９】図１は、本発明の能動素子アンテナの一実
施形態の構造を示す断面図である。図１に示すように、
能動素子アンテナは、電界効果型トランジスタ（ＦＥ
Ｔ）等の能動素子１、導電線路または受動素子を構成す
る導電性膜２、能動素子１および導電性膜２の周囲の誘
電体３、導電性膜２を載置する回路基板１６、回路基板
１６の下部に貼り付けられた導電性膜による接地導体
４、能動素子１に対して回路基板１６の反対側に設けら
れ、能動素子１、導電性膜２および誘電体３を保護する
レドーム１５、レドーム１５と回路基板１６との間の間
隔を保持するための間隔保持材６を備えている。

【００１０】回路基板１６の材料として、透明性を有す
るものが用いられる。透明とは、ここでは、光学的な透
過率が０％でない（透過率Ｔ＞０％）ことを意味する。
透明性を有するのであれば、無機材料であるのか有機材
料であるのかを問わない。無機材料として、ガラス、石
英、サファイア、サファイアガラス、ダイヤモンド等を
使用することができる。有機材料として、ポリカーボネ
ート、アクリル、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥ
Ｔ）、フッ素樹脂（例えば旭硝子製の商品名サイトッ
プ）等を使用することができる。また、材質形態は、
板、フィルムいずれであってもよい。

【００１１】導電性膜２および接地導体４として、透明
性を有する導電膜が用いられる。発振回路やアンテナ部
分等の形状加工は、導電膜のパターニングによって行わ
れる。導電膜は、Ｃｕ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｒ等の金属また
はＩＴＯ（Indium-Tin-Oxide）膜やＳｎＯ_２を含む酸化
物膜等で構成することができる。導電膜の形態は、板
（数μｍ〜ｍｍオーダ）、箔（μｍオーダ）、薄膜（μ
ｍオーダ以下）のいずれでもよいが、透明性を確保する
観点から薄い方が望ましい。例えば、１μｍ以下の厚み
で形成することが望ましい。ただし、導電膜の厚みが薄
くなると導電線路の電気抵抗が上昇して電気信号の損失
が発生するので、１０Å以上であることが望ましい。

【００１２】また、導電膜の面抵抗は１０Ω／□以下で
あることが望ましい。単位のΩ／□は単位面積あたりの
抵抗値である。すなわち、□は、幅と長さが同じ単位正
方形を意味する。導電膜の面抵抗が低いことが望ましい
のは、抵抗が高いと導電線路が抵抗を有するために、高
周波の電力が熱となり損失し、効率を低下させてしまう
からである。さらに望ましい導電膜の面抵抗は５Ω／□
以下である。

【００１３】回路基板１６上に導電膜を形成するには、
例えば、チャンバ内にＡｒガス等の気体を封入し、チャ
ンバ内に配置した電極に電界を印加し、イオン化した気
体分子で導電性材料のターゲットをたたき、たたき出さ
れた導電性微粒子を回路基板１６に堆積させるスパッタ
リング法を使用する。

【００１４】なお、導電線路および受動素子の実現形態
として、マイクロストリップ構成、コプレナーウェーブ
ガイド、ＮＲＤガイド等を適用することができる。マイ
クロストリップ構成は、接地導体面と回路パターン面の
２面の導体面で構成される。図１には、マイクロストリ
ップ構成によるものが示されている。コプレナーウェー
ブガイドは、回路パターン面の１面の導体面で構成でき
るという特徴がある。また、特性インピーダンスの値が
所定の値（通常は５０Ω）になるように、回路基板１６
の厚み、導電膜の厚み、回路基板１６の比導電率εr お
よび導電性膜２の幅が決定される。

【００１５】アンテナ部分は、線条アンテナや平面アン
テナで形成される。線条アンテナとして、ループアンテ
ナ、ダイポールアンテナ、モノポールアンテナ等があ
り、平面アンテナとして一般にマイクロストリップ構成
が使用される。

【００１６】受信アンテナとして機能させる場合には、
能動素子１としてのバイポーラトランジスタやＦＥＴ等
の増幅素子と受動素子とによって増幅回路が形成され
る。送信アンテナとして機能させる場合には、バイポー
ラトランジスタやＦＥＴ等の能動素子１と受動素子とに
よって発振・増幅回路が形成される。数ＧＨｚ以上の特
に高い周波数で電波の送受信を行う場合には、能動素子
１として、ＨＥＭＴ等の高周波トランジスタを用いるこ
とが好ましい。

【００１７】導電線路は透明性を有する導電膜で形成さ
れるが、受動素子としてのオープンスタブやショートス
タブも、導電線路と同じ導電膜で形成される。オープン
スタブやショートスタブの加工形状を適切に設定するこ
とによって、インダクタ、キャパシタいずれの機能も実
現できる。導電線路および受動素子が透明性を有する導
電膜で形成されるので、透明性を有する能動素子アンテ
ナを実現することができる。なお、その他に受動素子と
しての不透明な集中定数部品（例えば、チップインダク
タ、チップキャパシタ、チップ抵抗）を実装することが
必要になる場合もあるが、それらは、不透明な能動素子
１と同様、その面積が微小であるから、視界の妨げとな
ることは少ない。

【００１８】レドーム１５は、能動素子１や導電性膜２
を外界の環境から保護するためのものである。具体的に
は、風、雨、塵等から能動素子１や導電性膜２を保護す
る。レドーム１５は、アンテナ性能に影響を及ぼしにく
い材料で形成されることが好ましい。また、透明性を有
するアンテナを得るために、材料は透明であることが好
ましい。このような要請を満たすための材料として、無
機材料のガラス、石英、サファイア、サファイアガラス
等、有機材料のポリカーボネート、アクリル、ポリエチ
レンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンメタクリ
レート（ＰＭＭＡ）、フッ素樹脂（例えば旭硝子製の商
品名サイトップ）等を使用することができる。

【００１９】以下、この実施の形態の能動素子アンテナ
の形成方法の一例を説明する。導電線路、受動素子およ
びアンテナ部分は導電膜のパターニングによって形成さ
れる。パターニングとして、回路基板１６上に一様に導
電膜を形成したものに対して、フォトレジスト法により
感光性樹脂にパターンを焼き付け、金属腐食性のある塩
化鉄水溶液または塩酸などの酸溶液等の化学薬品で導電
膜を溶かして行なう方法を適用することができる。導電
線路、受動素子およびアンテナ部分が簡素なパターンに
よるものであれば、導電膜形成時に、マスク処理によっ
て、それらを形成することも可能である。

【００２０】次いで、能動素子１および回路構成上必要
な受動素子を、導電膜上に実装する。透明性を有するほ
どの導電膜の膜厚では通常の半田による接続は困難であ
る。なぜなら、溶融した半田と導電膜とが接触する際
に、溶融半田内に導電膜の大半の成分が拡散してしまう
からである。実現可能な実装方法として、ワイヤーボン
ディング法や導電性樹脂塗布による方法およびセラミッ
ク材料用半田による接続方法がある。また、接続部分の
保護（振動などに対する機械的耐久性の確保、耐熱性確
保）のために、接続部分をエポキシやシリコン樹脂など
の樹脂で被覆することが好ましい。

【００２１】さらに、レドーム１５の内部に処理を施す
ことによって、能動素子アンテナの導電線路間同士の電
磁干渉を低減し、各素子の動作安定性を向上させること
も可能である。例えば、レドーム１５の内側表面に導電
膜を形成する。回路内のマイクロストリップライン等の
導電線路から導電線路の外部に不要電磁波放射が発生す
るが、レドーム１５の内部に導電膜を形成すれば、放射
電磁波が導電膜に吸収され、吸収された電磁波は熱とし
て消費される。従って、導電線路間の電磁干渉および能
動素子アンテナの外部への不要電磁波の放射を低減する
ことができる。

【００２２】この実施の形態の能動素子アンテナは、能
動素子アンテナを構成する回路やアンテナ部分等が実装
された回路基板１６とレドーム１５とを有しているが、
それらを一体化するための積層化技術が必要である。そ
れらを積層するには、例えば、回路基板１６とレドーム
１５とを中間有機フィルム（中間膜）によって接着・積
層化する。中間膜としてＰＶＢ（ポリビニルブチラー
ル）を使用する。ＰＶＢは加熱、加圧によってガラスと
の接着性を発現する。そして、透明であるから、能動素
子アンテナを構成する回路やアンテナ部分等が実装され
た回路基板１６とレドーム１５とを積層化する場合の接
着層として適用するのに好適である。

【００２３】回路基板１６とレドーム１５として、同じ
材質のガラスを使用する場合には、それらを接着するの
にガラスフリットによる方法を用いてもよい。すなわ
ち、導電膜と一体化したガラス基板上にペースト状のガ
ラスフリットを塗布し、その上にレドーム１５を置き、
ガラスフリットの軟化温度に加熱することによってガラ
スフリットを溶融し、回路基板１６とレドーム１５との
接着を実現することができる。またレドーム材料を凹状
に形状加工し、能動素子１などの突起部を凹部に格納し
て、レドーム１５と回路基板１６とを接着してもよい。

【００２４】（実施例１）図２は、実施例１の能動素子
アンテナの形状の一例を示す平面図である。能動素子１
が存在する部分での断面図は図１に示されたようである
が、本実施例では、能動素子１としてＦＥＴを用いる。
そこで、実施例１では、ＦＥＴ１と表記する。

【００２５】以下、図１および図２を参照して、実施例
１の能動素子アンテナについて説明する。レドーム１５
および回路基板１６としてガラスを使用し、図１に示す
ように、回路基板１６の片面に、導電線路または受動素
子を構成する導電性膜２と図１では図示されないアンテ
ナ部分とが設けられ、他面に、接地導体４となる導電膜
が設けられている。導電性膜２および接地導体４の導電
膜の材質としてＡｇが使用されている。導電膜の厚みや
透過率等を表１に示す。なお、表１には、他の実施例に
おける値も示されている。

【００２６】

【表１】

【００２７】図２に示すように、ＦＥＴ１の一端子（ゲ
ート側）には、キャパシタを構成するゲート側のオープ
ンスタブ１０が設けられている。ＦＥＴ１の他端子（ド
レイン側）から所定長のマイクロストリップライン２０
が延び、その先端付近にインダクタを構成するオープン
スタブ１２が設けられ、インピーダンス変換器１３（線
路幅の細くなっている部分）を介して、方形のマイクロ
ストリップアンテナ部分（方形アンテナ）が接続され
る。インピーダンス変換器１３と方形アンテナとでアン
テナ部分９が構成される。さらに、ＦＥＴ１の他の２つ
の端子（ソース側）には、インダクタを構成するソース
側のショートスタブ１１が設けられている。

【００２８】ゲートバイアス電極２２ａにはＶgs（０ま
たは負電圧）が印加され、ゲートバイアス電極２２ａと
ＦＥＴ１のゲート側との間のゲートバイアスライン７の
中途には、形状が９０°に開く扇形であってノイズ除去
の作用を果たすフィルタ（キャパシタ）として機能する
ラジアルスタブ１４ａが設けられている。また、ドレイ
ンバイアス電極２２ｂにはＶds（正電圧）が印加され、
ドレインバイアス電極２２ｂとＦＥＴ１のドレイン側と
の間のドレインバイアスライン８の中途には、ノイズ除
去のためのフィルタ（キャパシタ）として機能するラジ
アルスタブ１４ｂが設けられている。

【００２９】ゲートバイアスライン７、ドレインバイア
スライン８およびマイクロストリップライン２０は、透
明性を有する導電膜（透明導電膜）を用いて形成された
導電線路に相当し、アンテナ部分９は、透明導電膜を用
いて形成されたマイクロストリップアンテナに相当し、
ゲート側のオープンスタブ１０、ソース側のショートス
タブ１１、マイクロストリップライン２０の先端付近に
形成されているオープンスタブ１２、インピーダンス変
換器１３およびラジアルスタブ１４ａ，１４ｂは、透明
導電膜を用いて形成された受動素子に相当する。

【００３０】図３は、図２に示すように形成された能動
素子アンテナの等価回路を示す回路図である。図３にお
いて、ＯＳはオープンスタブ、ＳＳはショートスタブ、
ＭＳＬはマイクロストリップラインを示す。

【００３１】情報を伝送する場合には、変調回路などに
よって情報が伝送周波数に重畳された信号を、結合回路
を介してオープンスタブ１０またはオープンスタブ１２
に導入する。また、能動素子アンテナが形成された回路
基板１６を、大面積の窓ガラスや壁材等の基材に貼り付
け等の実装方法で一体化することによって、簡便に高性
能のアンテナを基材に形成することができる。

【００３２】回路基板１６の外面にアンテナ部分９等お
よび接地導体４が形成された構造において所定部分にＦ
ＥＴ１が実装されている。マイクロストリップライン２
０とアンテナ部分９とはマイクロストリップ構成であ
る。そして、回路基板１６とレドーム１５との間には誘
電体３が充填される。誘電体３は、空気等の気体または
真空、液体、固体のいずれであってもよいが、この実施
例では、空気（比誘電率εr =1）を用いた。回路基板１
６とレドーム１５との間の間隔を１．５ｍｍとした。回
路基板１６とレドーム１５との間の間隔を保つために、
能動素子アンテナの周囲部分には、間隔保持材６として
のＰＶＢが挟み込まれている。

【００３３】図４に、本実施例の能動素子アンテナの指
向特性を示す。実測値およびシミュレーション値とも
に、能動素子アンテナが中心方向から±７０゜程度の指
向性を有していることを示している。また、図５に受信
電力を示す。なお、図４に記載されているＡＩＡは、能
動集積アンテナ（Active Integrated Antenna ）の意味
である。また、指向性の測定を電波暗室（電波吸収体を
壁面、天井、床に敷き詰めた小部屋）で行った。具体的
には、電波暗室内で、回転体上に能動素子アンテナを載
置して回転体を回転させ、能動素子アンテナ載置位置か
ら１．０ｍ離れた位置に標準ゲインホーンアンテナを置
き、標準ゲインホーンアンテナの出力をスペクトラムア
ナライザで分析した。

【００３４】図６は、能動素子アンテナにおける伝送線
路としてのマイクロストリップライン２０等の導電線路
や受動素子の寸法の取り方の例を示す説明図である。そ
して、使用可能周波数範囲を１〜１００ＧＨｚであると
すると、そのうちの代表例である１ＧＨｚ、３ＧＨｚ、
３０ＧＨｚ、１００ＧＨｚにおける好ましい寸法は表２
に示すようである。ただし、回路基板１６の厚みが０．
７６ｍｍ、回路基板１６の比誘電率εr が６．３、導電
膜の厚みが０．０２３μｍのものを使用した。なお、各
実施例において、回路基板の比誘電率εr は、５．０〜
７．０であることが好ましい。

【００３５】

【表２】

【００３６】図６に示すように、線路幅ａは、オープン
スタブ１０およびマイクロストリップライン２０の線路
幅であり、表２に示すように、線路幅ａの値は、１ＧＨ
ｚで１．１０ｍｍ、３ＧＨｚで１．０９ｍｍ、３０ＧＨ
ｚで０．９０ｍｍ、１００ＧＨｚで０．７９ｍｍであ
る。従って、１〜１００ＧＨｚの範囲の周波数を使用す
る場合には、オープンスタブ１０およびマイクロストリ
ップライン２０の線路幅ａは１．１〜０．７９ｍｍであ
る。また、使用可能周波数範囲におけるアンテナ部分９
の線路幅（ｖの値）は、表２に示すように、７１．０〜
０．６ｍｍである。

【００３７】オープンスタブ１０およびマイクロストリ
ップライン２０の線路幅ａは、使用周波数で特性インピ
ーダンスが５０Ωとなるような線路幅であることが求め
られるが、線路幅ａが上記の寸法よりも細い場合には、
インピーダンスが高くなり、電磁波の伝送損失が発生す
るために効率が低下する。線路幅ａがその寸法よりも太
い場合には、インピーダンスが低くなり、電力の反射が
発生してＦＥＴ１の破損につながるといった問題が生ず
る。

【００３８】また、回路基板１６の実効誘電率による波
長短縮を考慮した波長λg にもとづいて、アンテナ部分
９における方形アンテナの線路幅（表２に示すｖ）がλ
g ／２で、アンテナ部分９における方形アンテナの長さ
（表２に示すｕ）をλg ／２よりも若干短くすると、所
望の周波数の電波が効率よく送受信される。方形アンテ
ナの線路幅および長さがそれらの値からずれる場合に
は、オープンスタブ１０およびマイクロストリップライ
ン２０の線路幅の場合と同様、インピーダンスの不整合
によって電波の送受信効率が著しく低下してしまう。換
言すれば、マイクロストリップライン２０および方形ア
ンテナの線路幅や長さは、特性インピーダンスや波長λ
g にもとづいて決定される。

【００３９】表１に記載された各寸法から考えると、高
周波では各寸法が小さく加工が難しくなるので、高周波
よりも低周波を用いる場合の方が実現しやすく、３〜３
０ＧＨｚ（オープンスタブ１０およびマイクロストリッ
プライン２０の線路幅１．０９〜０．９０ｍｍ）程度の
範囲で用いることがさらに好ましい。

【００４０】（実施例２）実施例１ではマイクロストリ
ップ構成による導電線路が示されたが、ガラス基板上に
透明導電膜で導電線路を形成する場合、導電線路として
ＣＰＷ（Co-Planar Waveguide ：回路基板の片面にスト
リップ導体と接地導体とを配置した伝送線路）を用いて
もよい。そのような導電線路の形状の一部を図７に示
す。透明導電膜としてＡｇを用いた。図７における各部
の寸法は以下のとおりである。

【００４１】線路幅：Ｗ＝１．７３１９［ｍｍ］ ギャップ幅：Ｇ＝０．３［ｍｍ］ 線路の長さ：Ｌ＝１８［ｍｍ］ 透明導電膜の厚み：Ｔ＝０．０２３［μｍ］ ガラス基板の厚み：Ｈ＝０．７６［ｍｍ］（旭硝子製型
番ＡＳ）

【００４２】そして、各信号周波数（横軸）における散
乱パラメータ（Ｓパラメータ：縦軸）を測定した。測定
結果を図８に示す。Ｓ11は反射係数であり、この値が低
いほど導電線路の反射が低く、高周波が導電線路に入射
していることを示す。Ｓ21は通過係数であり、この値が
高いほど導電線路の高周波通過性が高く、高周波が導電
線路を良好に通過していることを示す。この場合、回路
基板と透明導電膜越しの可視光領域は９０％であった。
一般のマイクロ波回路基板に形成されたアンテナでは、
Ｓ11が−１５ｄＢ程度、Ｓ21が−５ｄＢ程度であるか
ら、ガラスの回路基板と透明導電膜によるアンテナで
も、遜色のない特性が得られている。

【００４３】同様の構成で、透明導電膜としてＩＴＯを
用いた場合の散乱パラメータを測定した。測定結果を図
９に示す。この場合、回路基板と透明導電膜越しの可視
光領域は９０％であった。なお、各部の寸法は以下のと
おりである。

【００４４】線路幅：Ｗ＝１．７３７４［ｍｍ］ ギャップ幅：Ｇ＝０．３［ｍｍ］ 線路の長さ：Ｌ＝１８［ｍｍ］ 透明導電膜の厚み：Ｔ＝０．１５０［μｍ］ ガラス基板の厚み：Ｈ＝０．７６［ｍｍ］（旭硝子製型
番ＡＳ）

【００４５】（実施例３）図１０は、実施例３の能動素
子アンテナの構造を示す断面図である。図１０に示す構
造では、ガラスの回路基板５１の片面に、導電線路また
は受動素子を構成する透明導電膜による導電性膜２等が
設けられ、所定部分にＦＥＴ等の能動素子１を載置した
ものと、回路基板５１と同材質の回路基板兼レドーム５
２の片面に透明導電膜による接地導体４を貼り合わせた
ものとが、誘電体３を挟んで透明導電膜が対向するよう
に配置されて、能動素子アンテナが構成されている。こ
こでは、マイクロストリップ構成を実現するための誘電
体３としてＰＶＢが用いられている。

【００４６】回路構成および平面形状は実施例１の場合
と同様であるが（図２参照）、マイクロストリップ構成
を実現する誘電体３の比誘電率が実施例１の場合とは異
なるので、各寸法は実施例１の場合とは異なる（表２参
照）。

【００４７】（実施例４）図１１は、実施例４の能動素
子アンテナの構造を示す断面図である。図１１に示すよ
うに、ガラスの回路基板１６の片面に、導電線路または
受動素子を構成する透明導電膜による導電性膜２等が設
けられ、所定部分にＦＥＴ等の能動素子１を載置し他面
に透明導電膜による接地導体４を貼り合わせたものと、
有機材料であるフッ素樹脂（商品名サイトップ旭硝子
製）のレドーム１５Ａとが、誘電体３を挟んで配置さ
れ、能動素子アンテナが構成されている。

【００４８】（実施例５）図１２は、実施例５の能動素
子アンテナの構造を示す断面図である。ガラス基板上に
構成した能動素子アンテナの能動素子１の駆動電源とし
て直流電源が必要である。図１２に示すように、ガラス
等の光線透過性を有する基板を使用して能動素子アンテ
ナを形成した場合、その基板に太陽電池を一体化するこ
とにより、電源供給の必要のない能動素子アンテナを構
成することが可能である。

【００４９】図１２に示す構造では、ガラスの回路基板
１６の片面に、導電線路または受動素子を構成する透明
導電膜による導電性膜２等が設けられ、所定部分にＦＥ
Ｔ等の能動素子１を載置し他面に透明導電膜による接地
導体４を貼り合わせたものと、透明性を有するレドーム
１５とが、誘電体３を挟んで配置され、能動素子アンテ
ナが構成されている。そして、太陽電池１９がレドーム
１５の下部（能動素子１等と対向する側）に配置され、
太陽電池１９と接地導体４とを接続するリード線（接地
側）１８と、太陽電池１９と導電性膜２とを接続するリ
ード線（正電位側）１７とが配置されている。なお、太
陽電池１９をレドーム１５と兼用させてもよい。

【００５０】太陽電池１９は直流電源であるから、単結
晶シリコン型、アモルファスシリコン型、湿式（色素）
型いずれの形態のものでも使用可能である。湿式型の透
明な太陽電池も例えば東芝（株）より発表されている。
本実施例では最大電圧８．６Ｖ、最大電流０．７５Ａ、
適用電圧６Ｖ、出力６．５Ｗタイプのものを使用した。
なお、図示されていないが、太陽電池１９と能動素子ア
ンテナとは定電圧レギュレータを介して接続されてい
る。また、能動素子１としてＦＥＴを用い、ＦＥＴのド
レイン側に３．０Ｖを印加し、ゲート側を０．０Ｖとし
た。

【００５１】本実施例では、電源供給の必要のない能動
素子アンテナを構成することができる。このシステムは
光と電磁波を融合したシステムとなる。また、太陽光が
照射されない夜間では、商用電源等によって能動素子１
を駆動したり、昼間における太陽電池１９の作用で二次
電池である蓄電池（例えば、鉛蓄電池、NiCd電池、Liイ
オン電池、NiMH電池）を充電し充電された蓄電池によっ
て能動素子１の駆動を行うように構成することもでき
る。

【００５２】光学的に不透明な回路基板および不透明な
導電膜を使用して構成された能動素子アンテナでは、太
陽電池１９の受光面上に能動素子アンテナを形成するこ
とは不可能であるが、透明性を有する回路基板１６およ
び透明導電膜を用いた能動素子アンテナを使用すれば、
太陽電池受光面上への能動素子アンテナの積層化が可能
になる。従って、例えば、窓ガラスにこの構成を用いれ
ば太陽光の指す室外方向に電波を送信（または受信）す
ることが可能になる。

【００５３】能動素子アンテナは、透明性を有する回路
基板１６、透明性を有するレドーム１５および透明導電
膜によって構成されるため、図１２に矢印で示すよう
に、太陽電池１９の受光方向（太陽光方向）に制約がな
く、また、太陽光の受光方向に向かって、あるいは太陽
光の受光方向と反対のいずれの方向にも電波を送信（あ
るいは受信）することができる。さらに、図１３に模式
的に示すように、太陽光方向と電波方向とが同じ向きま
たは反対の向きである必要もない。

【００５４】上記の各実施例では、１つの能動素子アン
テナが示されたが、それらを複数個配列させてアレイア
ンテナを構成することもできる。また、透明性を有する
基板（回路基板、または回路基板とレドーム）を数段積
層構成することもできる。三次元的に集積することによ
って光学的透明性は若干低下するが、さらに高性能の能
動素子アンテナを得ることができる。また、三次元集積
化によって透明なＩＣ（集積回路）を実現することも可
能になる。

【００５５】上記の各実施例では能動素子アンテナが示
されたが、その中に、透明性を有する回路基板を使用し
た高周波発振回路も形成されていることになる。例え
ば、図１および図２に示す構成において、ガラスの回路
基板１６上に、アンテナ部分９、導電線路、受動素子お
よび接地導体４が形成された構造において能動素子１が
実装されている。導電線路、受動素子およびアンテナ部
分９はマイクロストリップ構成である。そして、回路基
板１６とレドーム１５との間に誘電体３が充填され、発
振周波数で効率のよい特性になるように設計される。ま
た、回路基板１６とレドーム１５との間の間隔（例えば
１．５ｍｍ）を保持するために、ＰＶＢの間隔保持材６
が挟み込まれている。そのような構成における発振回路
部分の発振スペクトルが図１４に示されている。

【００５６】上記の各実施例の能動素子アンテナは、ガ
ラスの回路基板上に一括してアンテナ部分、導電線路お
よび受動素子を透明導電膜で形成し、回路基板上に能動
素子を実装し、透明性を有するレドームで封止されてい
るものである。上記の各実施例でも説明したように、そ
のような構成であっても、透明性のない回路基板上にア
ンテナを形成した場合に比べて遜色のない特性が得られ
る。従って、上記の各実施例によれば、可視光透過性を
有するアンテナを得ることができ、透明性とアンテナ性
能を両立させることができ、建築用や車両用に適したマ
イクロ波帯やミリ波帯の高周波帯域の電波を送受信する
アンテナを得ることができる。

【００５７】上記の各実施例では、ガラスの回路基板表
面の受動素子としてのオープンスタブやショートスタブ
も透明導電膜で形成されているので、それらが透明性を
阻害することはない。

【００５８】また、レドームの材料として、フッ素樹脂
やガラス等の可視光透過率が高いものを用いているの
で、また、導電線路等を形成する透明導電膜として、Ａ
ｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｃｒ等の金属の薄膜、またはＩＴＯ、
ＳｎＯ_２等の酸化物膜を使用しているので高い透明性を
確保できる。

【００５９】さらに、ガラスの回路基板、導電線路等お
よびレドームが透明性を有するので、太陽電池の受光面
に能動素子アンテナを設置することが可能になる。すな
わち、太陽電池で駆動される能動素子アンテナを実現す
ることができる。

【００６０】なお、上記の各実施例では、回路基板、導
電線路、受動素子、マイクロストリップアンテナおよび
接地導体は透明性であったが、それらが透明性でなくて
も平面的な能動素子アンテナを実現することができる。
そして、本発明による能動素子アンテナが形成された回
路基板を車両や建物に組み込むことによって、直ちに、
それらに対してアンテナ機能が付与されることになる。

【００６１】

【発明の効果】本発明によれば、能動素子アンテナを、
回路基板の片面に導電線路、受動素子およびマイクロス
トリップアンテナが形成され、回路基板の他面に接地導
体が形成されるとともに、増幅素子としての電界効果型
トランジスタが実装された構成としたので、簡便に、マ
イクロ波帯やミリ波帯で使用可能な平面的なアンテナを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の能動素子アンテナの一実施形態の構
造を示す断面図。

【図２】 実施例１の能動素子アンテナの形状の一例を
示す平面図。

【図３】 能動素子アンテナの等価回路を示す回路図。

【図４】 能動素子アンテナの指向特性を示す特性図。

【図５】 能動素子アンテナの受信電力を示す特性図。

【図６】 能動素子アンテナにおける導電線路および受
動素子の寸法の取り方の例を示す説明図。

【図７】 実施例２の能動素子アンテナの形状の一部を
示す断面図。

【図８】 透明導電膜としてＡｇを用いた場合の散乱パ
ラメータの測定結果を示す説明図。

【図９】 透明導電膜としてＩＴＯを用いた場合の散乱
パラメータの測定結果を示す説明図。

【図１０】 実施例３の能動素子アンテナの構造を示す
断面図。

【図１１】 実施例４の能動素子アンテナの構造を示す
断面図。

【図１２】 実施例５の能動素子アンテナの構造を示す
断面図。

【図１３】 太陽電池を含む能動素子アンテナの作用を
説明するための模式図。

【図１４】 ガラス回路基板を使用した高周波発振回路
の発振スペクトルを示す説明図。

【符号の説明】

１ 能動素子（ＦＥＴ：電界効果型トランジスタ） ２ 導電性膜（導電線路または受動素子） ３ 誘電体 ４ 接地導体 ６ 間隔保持材 ７ ゲートバイアスライン ８ ドレインバイアスライン ９ アンテナ部分（マイクロストリップアンテナ） １０ ゲート側のオープンスタブ １１ ソース側のショートスタブ １２ オープンスタブ １３ インピーダンス変換器 １４ａ，１４ｂ ラジアルスタブ １５，１５Ａ レドーム １６，５１ 回路基板 ２０ マイクロストリップライン ５２ 回路基板兼レドーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井川 耕司 神奈川県横浜市神奈川区羽沢町1150番地 旭硝子株式会社内 Ｆターム(参考） 5J021 AA01 AB06 CA06 FA26 GA08 HA05 HA10 JA07 5J045 AA05 AB05 DA10 EA07 HA03 JA04 KA02 MA04 NA01 5J046 AA04 AA07 AB13 RA03 5J067 AA04 CA75 HA09 KA68 QA03 QA04 QS02 QS05 QS11 SA01 TA01 TA02

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回路基板（１６）の片面に導電線路、受
   動素子およびマイクロストリップアンテナ（９）が形成
   され、回路基板（１６）の他面に接地導体（４）が形成
   されるとともに、増幅素子としての電界効果型トランジ
   スタ（１）が実装されている能動素子アンテナにおい
   て、 電界効果型トランジスタ（１）のゲート側に前記受動素
   子としてのオープンスタブ（１０）が設けられるととも
   に、電界効果型トランジスタ（１）のソース側に前記受
   動素子としてのショートスタブ（１１）が設けられ、 電界効果型トランジスタ（１）のドレイン側からマイク
   ロストリップライン（２０）が延伸され、 マイクロストリップライン（２０）の先端側にマイクロ
   ストリップアンテナ（９）が形成されるとともに、マイ
   クロストリップライン（２０）の中途にオープンスタブ
   （１２）が設けられ、 マイクロストリップライン（２０）の線路幅およびゲー
   ト側のオープンスタブ（１０）の線路幅が１．１〜０．
   ７９ｍｍであることを特徴とする能動素子アンテナ。