JP2003078337A - Laminated antenna - Google Patents

Laminated antenna

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JP2003078337A
JP2003078337A JP2001262493A JP2001262493A JP2003078337A JP 2003078337 A JP2003078337 A JP 2003078337A JP 2001262493 A JP2001262493 A JP 2001262493A JP 2001262493 A JP2001262493 A JP 2001262493A JP 2003078337 A JP2003078337 A JP 2003078337A
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Japan
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layer
antenna
laminated
signals
coupling layer
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Shigeo Kawasaki
繁男 川崎
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Tokai University
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Tokai University
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To eliminate leakage of signals, to improve transmission efficiency of signals and to improve gains. SOLUTION: A laminated antenna is provided with a combination layer 20 having a photonic bandgap structure of two-dimensional layout in which inputted signals are electromagnetically excited, slot portions 21 are provided on a metallic coating 21a, and a plurality of appropriate bore portions 21b are formed at prescribed intervals, and a radiating layer 10 for radiating the signals from the layer 20 as electromagnetic waves. The respective layers are formed into a laminated structure.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、信号の漏れを無く
し、信号の伝達効率を上げ、且つ利得を上げることがで
きる積層アンテナに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laminated antenna capable of eliminating signal leakage, improving signal transmission efficiency and gain.

【0002】[0002]

【従来の技術】近時、マイクロ波・ミリ波領域におい
て、平面回路やアンテナに誘電体基板を用いる場合、表
面波による有限基板のエッジからの不要放射や、低利得
などの制限が現れる。そこで、効率の良いマイクロ波、
ミリ波あるいは光信号の伝達を、フォトニックバンドギ
ャップ(Photonic Band Gap)(以下「PBG」とい
う。)と呼ばれる新しい技術により行うという研究が盛
んに進められている。
2. Description of the Related Art Recently, in a microwave / millimeter wave region, when a dielectric substrate is used for a planar circuit or an antenna, unnecessary radiation from an edge of a finite substrate due to surface waves and a limitation such as low gain appear. Therefore, efficient microwave,
There has been active research on transmitting millimeter waves or optical signals by a new technique called a photonic band gap (hereinafter referred to as “PBG”).

【0003】そのPBG構造とは、ある周波数域の電磁
波の伝搬を許さない人工結晶である。これは、固体物性
学に見られる結晶配列・バンド理論に対応付けられるな
ど、それらの類似性が議論され、以来新しい技術として
提唱されてきた。PBG構造の代表例として2次元構造
で空気中に誘電体棒を配列したものを図7に、2次元構
造で誘電体に空孔を設けたものを図8に示した。
The PBG structure is an artificial crystal that does not allow the propagation of electromagnetic waves in a certain frequency range. This has been proposed as a new technology since their similarities were discussed, such as being associated with the crystal arrangement and band theory found in solid state physics. As a representative example of the PBG structure, FIG. 7 shows a two-dimensional structure in which dielectric rods are arranged in the air, and FIG. 8 shows a two-dimensional structure in which holes are provided in the dielectric.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】これらのPBG構造は
主にマイクロ波・ミリ波平面回路・アンテナに適用する
ことができる。マイクロ波・ミリ波領域において、平面
回路やアンテナは有限基板で製造されるため、表面波に
よる不要放射の影響による低利得化や特性劣化が問題と
なる。PBG構造はこの問題に対して極めて有効な技術
であると考えられ、現在では様々な応用例が報告されて
いる。しかしながら、従来のPBG構造は、誘電体に周
期的な空孔を設けるが、光の領域ではその波長の短さか
ら極めて精密な工作技術が必要など、製造の困難さが指
摘されてきた。このような問題に対する1つの解決策と
して、PBG構造をマイクロ波平面基板に適用するた
め、これを図9に示すような金属皮膜aと誘電体bとか
らなり、前記金属皮膜aに対して孔部cをエッチングに
よる接地導体の導体除去による方法で達成する例が報告
されている。何れにしても、信号の漏れを無くし、信号
の伝達効率を上げるアンテナ基板等が要望されている。
These PBG structures can be mainly applied to microwave / millimeter wave planar circuits / antennas. In the microwave / millimeter wave region, since the planar circuit and the antenna are manufactured on a finite substrate, there are problems such as lowering of gain and deterioration of characteristics due to the influence of unnecessary radiation due to surface waves. The PBG structure is considered to be an extremely effective technique for this problem, and various application examples have been reported so far. However, it has been pointed out that the conventional PBG structure is difficult to manufacture because it has periodic holes in the dielectric, but requires extremely precise machining technology due to its short wavelength in the light region. As one solution to such a problem, since the PBG structure is applied to a microwave flat substrate, it is composed of a metal coating a and a dielectric b as shown in FIG. An example has been reported in which the portion c is achieved by a method of removing the ground conductor by etching. In any case, there is a demand for an antenna substrate or the like that eliminates signal leakage and improves signal transmission efficiency.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】そこで、発明者は上記課
題を解決すべく鋭意,研究を重ねた結果、本発明を、入
力される信号を電磁的に励振させ、金属皮膜上にスロッ
ト部を有し,且つ所定間距離に適宜の穿孔部を複数形成
して2次元配列のフォトニックバンドギャップ構造とし
た結合層と、該結合層からの信号を電磁波として放射す
る放射層とを備え、前記各層を積層構造としてなる積層
アンテナとしたことにより、信号の漏れを無くし、信号
の伝達効率を上げ、且つ利得を上げることができる前記
課題を解決したものである。
Therefore, as a result of intensive studies by the inventor to solve the above problems, the present invention electromagnetically excites an input signal to form a slot portion on a metal film. A coupling layer having a two-dimensionally arranged photonic bandgap structure with a plurality of appropriate perforations formed at a predetermined distance, and a radiation layer for radiating a signal from the coupling layer as an electromagnetic wave, By solving the above-described problems, it is possible to eliminate signal leakage, increase signal transmission efficiency, and increase gain by using a laminated antenna in which each layer has a laminated structure.

【0006】また、前述の構成において、前記結合層の
スロット部は2本とし、この2本は所定距離だけ離して
平行配置した積層アンテナとしたことにより、より一層
信号の伝達効率を上げることができ、前記課題を解決し
たものである。
Further, in the above structure, the coupling layer has two slots, and the two are parallel antennas arranged at a predetermined distance from each other so that the signal transmission efficiency can be further improved. It is possible to solve the above problems.

【0007】[0007]

【発明の実施の形態】以下、本発明の第1実施形態につ
いて図面に基づいて説明すると、図1は積層アンテナで
あって、3層からなる構造図である。下から回路層30
と、2つのスロット部21aを有する結合層20と、パ
ッチアンテナ部10aを有する放射層10とから構成さ
れている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a structure diagram of a laminated antenna having three layers. Circuit layer 30 from the bottom
A coupling layer 20 having two slot portions 21a and a radiation layer 10 having a patch antenna portion 10a.

【0008】前記回路層30は、受動回路であって、入
力信号を送信するための機能層である。また、該回路層
30は、必要に応じて、能動回路としての増幅手段31
が設けられることもある。該増幅手段31には、マイク
ロストリップ線路31aと、該マイクロストリップ線路
31a上に形成されたFET(Field-Effect Transisto
r :電界効果トランジスタ)を備えた電力増幅部(電力
増幅回路)31bと、パッチ共振回路部31cとが備え
られることもある。
The circuit layer 30 is a passive circuit and is a functional layer for transmitting an input signal. Further, the circuit layer 30 is provided with an amplifying means 31 as an active circuit, if necessary.
May be provided. The amplifying means 31 includes a microstrip line 31a and a field-effect transistor (FET) formed on the microstrip line 31a.
r: A power amplification unit (power amplification circuit) 31b including a field effect transistor) and a patch resonance circuit unit 31c may be provided.

【0009】前記結合層20は、図1〜図3に示すよう
に、金属接地平面板としての金属皮膜21と、該金属皮
膜21の下面となる誘電体基板22とから構成されてい
る。前記金属皮膜21は、少なくとも1本,好ましくは
2本からなるスロット部21aが設けられている。2本
としたスロット部21a,21aは、互いに一定距離だ
けおいて、平行配置されるように形成されている。該ス
ロット部21aを囲むようにして、複数の2次元のPB
G構造が形成されている。具体的には、真円部(半径
r)の穿孔部21bが等間隔pの距離をおいて互いに正
三角形状をなし、行列として2列又は3列が穿孔されて
いる。前記金属皮膜21は銅等の金属箔から構成され、
該金属箔なる基板に対してエッチング処理等することに
よってスロット部21a及び穿孔部21bが形成されて
いる。また、その基板を剥離,溶解又は除去等すること
ができれば、そのエッチング処理には限定されずいかな
る手段でも形成することができる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the coupling layer 20 is composed of a metal film 21 as a metal ground plane plate and a dielectric substrate 22 which is the lower surface of the metal film 21. The metal coating 21 is provided with at least one slot portion 21a, and preferably two slot portions 21a. The two slot portions 21a, 21a are formed so as to be arranged in parallel with each other at a constant distance. A plurality of two-dimensional PBs are provided so as to surround the slot portion 21a.
A G structure is formed. Specifically, the perforated portions 21b of the perfect circular portion (radius r) are equilaterally triangular with a distance of equal intervals p, and two or three rows are perforated as a matrix. The metal film 21 is made of a metal foil such as copper,
The slot portion 21a and the perforated portion 21b are formed by etching the substrate made of the metal foil. Further, as long as the substrate can be peeled off, dissolved or removed, the etching process is not limited and it can be formed by any means.

【0010】前記放射層10は、基板表面の適宜の箇
所,好ましくは略中央位置付近に、送電用の電磁波を良
好に送信するためのパッチアンテナ部10aを設ける。
更に、該パッチアンテナ部10aから基板を挟んだ裏面
には、前記パッチアンテナ部10aの両端側位置と揃う
ようにして、下側の前記結合層20の2本のスロット部
21a,21aが配置されている(図1参照)。
The radiation layer 10 is provided with a patch antenna section 10a for appropriately transmitting electromagnetic waves for power transmission, at an appropriate position on the surface of the substrate, preferably near the central position.
Further, two slot portions 21a, 21a of the lower coupling layer 20 are arranged on the back surface sandwiching the substrate from the patch antenna portion 10a so as to be aligned with both end positions of the patch antenna portion 10a. (See FIG. 1).

【0011】[0011]

【実施例】図1に示すように、2次元PBG構造を用い
た積層型アクティブ集積アンプアンテナであって、前記
回路層30を能動回路としての増幅手段31を設けたも
のであり、使用した結合層20は、誘電体基板22とし
て、ソフト基板(25NG0310CSSA:比誘電率3.25、誘電体
厚0.787[mm] )とし、金属皮膜21として圧延銅箔(0.
018[mm] 、tan δ0.0025)としたものである。入力信号
は、パッチ共振回路部31cによってフィルタリングさ
れ増幅手段31によって増幅され、結合層20のスロッ
ト部21aを介して、放射層10のパッチアンテナ部1
0aによって放射される。このアクティブ集積アンテナ
の結合層20部分にエッチングによる2次元PBG構造
を設けることによって、前記結合層20の平面方向
(X,Y方向)には信号漏れはなくなり、垂直方向(Z
方向)のみに信号伝達され、スロット部21aは高効率
化され、漏れの少ない信号伝達が可能となっている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As shown in FIG. 1, a laminated active integrated amplifier antenna using a two-dimensional PBG structure, in which the circuit layer 30 is provided with an amplifying means 31 as an active circuit, is used. The layer 20 is a soft substrate (25NG0310CSSA: relative dielectric constant 3.25, dielectric thickness 0.787 [mm]) as the dielectric substrate 22, and a rolled copper foil (0.
018 [mm], tan δ 0.0025). The input signal is filtered by the patch resonance circuit section 31c, amplified by the amplifying means 31, and passed through the slot section 21a of the coupling layer 20 to the patch antenna section 1 of the radiation layer 10.
Emitted by 0a. By providing a two-dimensional PBG structure by etching in the coupling layer 20 portion of this active integrated antenna, signal leakage is eliminated in the plane direction (X, Y direction) of the coupling layer 20, and the vertical direction (Z
Signal is transmitted only in the direction), the efficiency of the slot portion 21a is improved, and signal transmission with less leakage is possible.

【0012】実施例のアンテナのリターンロス(Return
Loss)の測定結果を図4に、アンテナパターンの測定結
果を図5(A)に示した。アンテナパターンにおいて理
論値(Computed)と実験値(H-plane)はほぼ一致している
と考えられる。この図5(B)は、図6に示すような従
来技術としての積層型アクティブ集積アンプアンテナで
あって、その結合層20の金属皮膜21において、2本
からなるスロット部21a,21aが互いに一定距離だ
けおいて、平行配置されており、この公知技術を使った
ときのデータが図5(B)である。
Return loss of the antenna of the embodiment
Loss) measurement results are shown in FIG. 4, and antenna pattern measurement results are shown in FIG. 5 (A). It is considered that the theoretical value (Computed) and the experimental value (H-plane) are almost the same in the antenna pattern. FIG. 5B shows a laminated active integrated amplifier antenna as a prior art as shown in FIG. 6, in which the metal film 21 of the coupling layer 20 has two slot portions 21a and 21a which are constant with each other. They are arranged in parallel at a distance, and the data when this known technique is used is shown in FIG. 5 (B).

【0013】これらのPBG構造を有する結合層20は
いずれもエッチングにより達成しているため、製造が比
較的容易であり、また誘電体積層構造であることから、
波長短縮効果により、アンテナや回路全体の小型化が可
能であるという利点がある。さらに、このPBG構造
は、表面波を抑制する働きをし、有限基板を使用する際
に問題となる特性劣化を改善することができる。
Since all of the coupling layers 20 having the PBG structure are achieved by etching, they are relatively easy to manufacture and have a dielectric laminated structure.
Due to the wavelength shortening effect, there is an advantage that the antenna and the entire circuit can be downsized. Furthermore, this PBG structure acts to suppress surface waves, and can improve the characteristic deterioration that becomes a problem when using a finite substrate.

【0014】[0014]

【発明の効果】本発明における積層アンテナにおいて
は、その結合層20部分にPBG構造を設けることによ
って、スロット部21aは高効率化され、漏れの少ない
信号伝達ができ、信号の伝達効率を上げ且つ利得を上げ
ることができる。さらに、このPBG構造は、表面波を
抑制する働きをし、有限基板を使用する際に問題となる
特性劣化を改善することができる。
In the laminated antenna according to the present invention, by providing the PBG structure in the coupling layer 20 portion, the slot portion 21a is made highly efficient, and signal transmission with less leakage can be performed, so that the signal transmission efficiency is improved. You can increase the gain. Furthermore, this PBG structure acts to suppress surface waves, and can improve the characteristic deterioration that becomes a problem when using a finite substrate.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の主要部材の分解斜視図FIG. 1 is an exploded perspective view of main components of the present invention.

【図2】結合層の平面図FIG. 2 is a plan view of a bonding layer.

【図3】結合層の断面図FIG. 3 is a sectional view of a bonding layer.

【図4】本発明に対してのリターロス測定結果グラフFIG. 4 is a graph of a litter loss measurement result for the present invention.

【図5】(A)は本発明のPBG構造付きの積層アンテ
ナを備えたアクティブ集積アンテナのアンテナパターン
測定結果グラフ (B)は従来技術によるアクティブ集積アンテナのアン
テナパターン測定結果グラフ
5A is an antenna pattern measurement result graph of an active integrated antenna provided with a laminated antenna having a PBG structure of the present invention, and FIG. 5B is an antenna pattern measurement result graph of an active integrated antenna according to a conventional technique.

【図6】従来技術のアクティブ集積アンテナの主要部材
の分解斜視図
FIG. 6 is an exploded perspective view of main members of a conventional active integrated antenna.

【図7】(A)は従来技術のPBG構造の2次元構造で
空気中に誘電体棒を配列した斜視図 (B)は(A)の一部拡大平面図
7A is a perspective view of a two-dimensional structure of a conventional PBG structure in which dielectric rods are arranged in the air, and FIG. 7B is a partially enlarged plan view of FIG. 7A.

【図8】従来技術のPBG構造の2次元構造で誘電体に
空孔を設けた斜視図
FIG. 8 is a perspective view of a conventional PBG structure having a two-dimensional structure with holes provided in a dielectric.

【図9】従来技術のエッチングによる2次元PBG構造
の斜視図
FIG. 9 is a perspective view of a conventional two-dimensional PBG structure by etching.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…放射層 20…結合層 21…金属皮膜 21a…スロット部 21b…穿孔部 10 ... Radiant layer 20 ... Bonding layer 21 ... Metal film 21a ... slot part 21b ... perforated part

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 入力される信号を電磁的に励振させ、金
属皮膜上にスロット部を有し,且つ所定間距離に適宜の
穿孔部を複数形成して2次元配列のフォトニックバンド
ギャップ構造とした結合層と、該結合層からの信号を電
磁波として放射する放射層とを備え、前記各層を積層構
造としてなることを特徴とする積層アンテナ。
1. A photonic bandgap structure having a two-dimensional array in which an input signal is electromagnetically excited, a slot is formed on a metal film, and a plurality of appropriate perforations are formed at a predetermined distance. A laminated antenna comprising: the coupling layer and a radiation layer that radiates a signal from the coupling layer as an electromagnetic wave, and each of the layers has a laminated structure.
【請求項2】 請求項1記載において、前記結合層のス
ロット部は2本とし、この2本は所定距離だけ離して平
行配置してなることを特徴とする積層アンテナ。
2. The laminated antenna according to claim 1, wherein the coupling layer has two slot portions, and the two slot portions are arranged in parallel at a predetermined distance.
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