JP2011176019A

JP2011176019A - 高周波伝送構造およびそれを用いたアンテナ

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Publication number: JP2011176019A
Application number: JP2010037485A
Authority: JP
Inventors: Yoshimasa Sugimoto; 好正杉本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2010-02-23
Publication date: 2011-09-08
Anticipated expiration: 2030-02-23
Also published as: JP5455703B2

Abstract

【課題】超高周波帯においても伝送特性が良好な高周波伝送構造およびそれを用いたアンテナを提供する。
【解決手段】第１〜第３の誘電体層11〜13と、第１の誘電体層11の下の第１の接地導体21と、第１および第２の誘電体層11，12間の線路導体31と、第３の誘電体層13の上の、線路導体31の端部に重なる、線路導体31に直交する第１の開口41を有する第２の接地導体22と、第２および第３の誘電体層12，13間の線路導体31の端部の上方に配置され、線路導体31の端部および第１の開口41に重なる、線路導体31に直交する第１の開口41の大きさ以下の第２の開口42を有する第３の接地導体23と、第３の接地導体23と第１の接地導体21とを接続する第１の接続導体51と、第２の接地導体22と第３の接地導体23とを接続する第２の接続導体52とを備える高周波伝送構造。線路導体31とアンテナ等とのインピーダンス整合性がよく、伝送特性が良好となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘電体層に形成された高周波伝送構造に関するものであって、特に、マイクロ波帯からミリ波帯領域の高周波用半導体素子を収納あるいは搭載するのに好適な半導体素子収納用パッケ−ジあるいは配線基板において、伝送線路のアンテナや導波管等との接続に適した高周波伝送構造およびそれを用いたアンテナに関するものである。

近年、高度情報化時代を迎え、情報伝達に用いられる電波は１ＧＨｚ〜30ＧＨｚのマイクロ波領域から、更に30ＧＨｚ〜300ＧＨｚのミリ波領域の周波数まで活用することが検
討されており、例えば、60ＧＨｚを用いた家庭内高速無線伝送システム（無線ＰＡＮ：Personal Area Network）のような応用システムも提案されるようになっている。

このような応用システム等に用いられる高周波用半導体素子（以下、単に高周波素子という）を収納あるいは搭載する配線基板では、従来、伝送線路の層間接続や、アンテナへの接続等は接地導体に設けられた開口（スロット）を介して行なわれることが多い。

開口を介した伝送線路とアンテナ等との高周波伝送構造として、図７（ａ）に上面図で、図７（ｂ）に図７（ａ）のＡ−Ａ線断面図で、そして図７（ｃ）に図７（ｂ）のＡ−Ａ線断面図で示すようなものがある。図７に示す例では、第１の誘電体層11と、第１の誘電体層11の上に積層された第２の誘電体層12と、第１の誘電体層11の下面に配置された第１の接地導体21と、第１の誘電体層11および第２の誘電体層12の層間に配置された線路導体31と、第２の誘電体層12の上面に配置され、上面視で線路導体31の端部に重なる、線路導体31に直交する方向に細長い形状の開口41を有する第２の接地導体22と、第１の接地導体21と第２の接地導体22とを接続する接続導体51とからなるものである。この高周波伝送構造においては、第１および第２の誘電体層11，12と、第１および第２の接地導体21，22と、線路導体31とで構成されるストリップラインに伝送される高周波信号が、線路導体31の端部から、第２の接地導体22に設けられた開口41に導かれ、開口41の上部に配置されたアンテナ等に伝送される（例えば、特許文献１を参照）。

開口41の上部に配置されるアンテナとしては、パッチアンテナや誘電体共振器アンテナがあり、パッチアンテナは第２の接地導体22の上に、上面に放射導体を有する誘電体層を配置することで構成され、誘電体共振器アンテナは第２の接地導体22の上に上面に開口を有する接地導体が形成された誘電体層と、上面の周囲でこの接地導体と第２の接地導体22とを接続する接続導体とで構成される。

この高周波伝送構造においては、開口41の長さＬ41や幅Ｗ41は、開口41の上部に配置されるアンテナ等のインピーダンスに合わせて決められるものである。例えば、開口41の上部に配置されるアンテナ等のインピーダンスが高い場合であれば、開口41の長さＬ41や幅Ｗ41を大きくして開口41のインピーダンスを高くすることで、アンテナ等と開口41とのインピーダンス整合がとれ、逆にアンテナ等のインピーダンスが低い場合であれば、開口41の長さＬ41や幅Ｗ41を小さくして開口41のインピーダンスを低くすることで、アンテナ等と開口41とのインピーダンス整合が取れて高周波信号の伝送特性が良好となるというものである。

特開2000−261235号公報

しかしながら、例えば高周波を用いた無線ＰＡＮでは広帯域特性が要求されるが、パッチアンテナで広帯域特性を実現するために、第２の接地導体22と放射導体との間の誘電体層を厚くすると、パッチアンテナのインピーダンスが高くなり、また、誘電体共振器アンテナのインピーダンスは、通常、パッチアンテナよりも高いものである。

従来の高周波伝送構造では、上記のようにインピーダンスの高いアンテナとの接続の際、開口41を大きくしての開口41のインピーダンスも大きくしなければならず、そうすることで、線路導体31のインピーダンスと開口41のインピーダンスとの差が大きくなり過ぎて、線路導体31と開口41との間でインピーダンスを十分に整合させ難くなるとともに、高周波信号の周波数が60ＧＨｚ等と高いと、信号の波長が短くなると同時に高周波信号がより線路導体31近傍を伝送するようになることから、高周波信号が線路導体31から開口41に届き難くなるので、線路導体31から開口41への高周波信号の伝送特性が大幅に劣化してしまうという問題があった。

本発明は上記問題点に鑑み案出されたもので、その目的は、60ＧＨｚ等の超高周波帯の信号を用いた伝送システムに適した、線路導体とアンテナ等との間でインピーダンスの差が大きくても伝送特性が良好な高周波伝送構造およびそれを用いたアンテナを提供することにある。

本発明の高周波伝送構造は、第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の上に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層の上に積層された第３の誘電体層と、前記第１の誘電体層の下面に配置された第１の接地導体と、前記第１の誘電体層および前記第２の誘電体層の層間に配置された線路導体と、前記第３の誘電体層の上面に配置され、上面視で前記線路導体の端部に重なる、前記線路導体に直交する方向に細長い形状の第１の開口を有する第２の接地導体と、前記第２の誘電体層および前記第３の誘電体層の層間の前記線路導体の前記端部の上方に部分的に配置され、上面視で前記線路導体の前記端部および前記第１の開口に重なる、前記線路導体に直交する方向に細長い形状で前記第１の開口と同じか前記第１の開口よりも小さい第２の開口を有する第３の接地導体と、該第３の接地導体と前記第１の接地導体とを接続する第１の接続導体と、前記第２の接地導体と前記第３の接地導体とを接続する第２の接続導体とを具備することを特徴とするものである。

また、本発明のアンテナは、上記構成の本発明の高周波伝送構造と、前記第２の接地導体の上に前記第１の開口を覆って積層された第４の誘電体層と、該第４の誘電体層の上面に配置され、上面視で前記第１の開口と重なる位置に配置された放射導体とを具備することを特徴とするものである。

また、本発明のアンテナは、上記構成の本発明の高周波伝送構造と、前記第２の接地導体の上に前記第１の開口を覆って積層された第４の誘電体層と、該第４の誘電体層の上面に配置され、上面視で前記第１の開口と重なる位置に第３の開口を有する第４の接地導体と、前記第３の開口の周囲に配置されて前記第４の接地導体と前記第２の接地導体とを接続する第３の接続導体とを具備することを特徴とするものである。

本発明の高周波伝送構造によれば、線路導体の端部と第１の開口との間に、第１の開口と同じか第１の開口よりも小さい第２の開口を有する第３の接地導体を配置していることから、第１の開口の上部に接続されるアンテナ等のインピーダンスが大きく、第１の開口
のインピーダンスを大きくした場合であっても、線路導体と第２の開口を有する第３の接地導体との距離および第２の開口と第１の開口との距離が小さいことから波長の短い高周波信号であっても線路導体から第２の開口さらに第１の開口に信号が届きやすくなって線路導体から第１の開口へ信号の伝送の劣化が抑えられるとともに、さらに第２の開口が第１の開口よりも小さい場合は、第２の開口のインピーダンスを線路導体のインピーダンスと第１の開口のインピーダンスとの間のインピーダンスとすることができるので、第２の開口が線路導体と第１の開口のインピーダンス整合器として機能するようになるので、線路導体から第１の開口までのインピーダンス整合が取れ、高周波信号の伝送特性が良好な高周波伝送構造となる。

また、本発明のアンテナによれば、上記構成の本発明の高周波伝送構造の第１の開口の上に、第４の誘電体層と、放射導体と、第２の接地導体とからなるパッチアンテナが構成されることから、第１の開口のインピーダンスが大きい場合であっても、本発明の高周波伝送構造による高周波信号の伝送特性が良好であるので、高周波信号を用いた伝送システムに適した、反射特性や放射特性が良好なアンテナとなる。

また、本発明のアンテナによれば、上記構成の本発明の高周波伝送構造の第１の開口の上に、第４の誘電体層と、第３の接続導体と、第２の接地導体と、第４の接地導体とからなる誘電体共振器アンテナが構成されることから、第１の開口のインピーダンスが大きい場合であっても、本発明の高周波伝送構造による高周波信号の伝送特性が良好であるので、高周波信号を用いた伝送システムに適した、反射特性や放射特性が良好なアンテナとなる。

本発明の高周波伝送構造の実施の形態の一例を示す概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は第２の誘電体層と第３の誘電体層の層間の平面透視図、（ｄ）は第１の誘電体層と第２の誘電体層の層間の平面透視図である。本発明の高周波伝送構造の実施の形態の他の例を示す概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は第２の誘電体層と第３の誘電体層の層間の平面透視図、（ｄ）は第１の誘電体層と第２の誘電体層の層間の平面透視図である。本発明のアンテナの実施の形態の一例を示す概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。本発明のアンテナの実施の形態の一例を説明するための概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は第３の誘電体層と第４の誘電体層の層間の平面透視図、（ｄ）は第２の誘電体層と第３の誘電体層の層間の平面透視図、（ｅ）は第１の誘電体層と第２の誘電体層の層間の平面透視図である。本発明のアンテナの反射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。従来のアンテナの反射特性のシミュレーション結果を示すグラフである。従来の高周波伝送構造の実施の形態の一例を説明するための概略図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図、（ｃ）は（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。

本発明の高周波伝送構造およびそれを用いたアンテナの実施の形態について、添付図面を参照しつつ以下に詳細に説明する。図１は本発明の高周波伝送構造の実施の形態の一例であり、11は第１の誘電体層、12は第２の誘電体層、13は第３の誘電体層、21は第１の接地導体、22は第２の接地導体、23は第３の接地導体、31は線路導体、41は第１の開口、42は第２の開口、51は第１の接続導体、52は第２の接続導体である。

本発明の高周波伝送構造は、図１に示す例のように、第１の誘電体層11と、第１の誘電体層11の上に積層された第２の誘電体層12と、第２の誘電体層12の上に積層された第３の誘電体層13と、第１の誘電体層11の下面に配置された第１の接地導体21と、第１の誘電体層11および第２の誘電体層12の層間に配置された線路導体31と、第３の誘電体層13の上面に配置され、上面視で線路導体31の端部に重なる、線路導体31に直交する方向に細長い形状の第１の開口41を有する第２の接地導体22と、第２の誘電体層12および第３の誘電体層13の層間の線路導体31の端部の上方に部分的に配置され、上面視で線路導体31の端部および第１の開口41に重なる、線路導体31に直交する方向に細長い形状で第１の開口41と同じか第１の開口41よりも小さい第２の開口42を有する第３の接地導体23と、第３の接地導体23と第１の接地導体21とを接続する第１の接続導体51と、第２の接地導体22と第３の接地導体23とを接続する第２の接続導体52とを備えている。線路導体31の端部と第１の開口41との間に、第１の開口41よりも小さい第２の開口42を有する第３の接地導体23を配置していることから、第１の開口41の上部に接続されるアンテナ等のインピーダンスが大きく、第１の開口41の長さや幅をアンテナ等のインピーダンスに合わせて大きくした場合であっても、線路導体31と第２の開口42を有する第３の接地導体23との距離および第２の開口42と第１の開口41との距離が小さいことから波長の短い高周波信号であっても線路導体31から第２の開口42さらに第１の開口41に信号が届きやすくなって線路導体31から第１の開口41へ信号の伝送の劣化が抑えられるとともに、第２の開口42を線路導体31のインピーダンスと第１の開口41のインピーダンスとの間のインピーダンスとなるように設定することによって、第２の開口42が線路導体31と第１の開口41のインピーダンス整合器として機能するようになるので、線路導体31から第１の開口41までのインピーダンス整合が取れ、高周波信号の伝送特性が良好な高周波伝送構造となる。

図２は本発明の高周波伝送構造の実施の形態の他の例であり、図２において32はスロット線路、32ａはスロットであり、他の符号は図１と同じである。図２（ｄ）に示すように、第１の誘電体層11と第２の誘電体層12との層間に、スロット32ａを有するスロット線路32が形成されており、線路導体31がスロット32ａと直交して先端がスロット線路32に接続され、線路導体31の先端以外はスロット線路32と絶縁されている。スロット線路32は、第１の接地導体21に上側第１の接続導体51Ａで接続され、第３の接地導体23に下側第１の接続導体51Ｂで接続されている。即ち、第３の接地導体23と第１の接地導体21とは、間にスロット線路32を配置して、上側第１の接続導体51Ａと下側第１の接続導体51Ｂとからなる第１の接続導体51によって接続されている。それ以外は、図１に示す例と同一である。このときのスロット32ａのインピーダンスは線路導体32のインピーダンスよりも大きくする。また、スロット32ａの大きさ（スロット32ａの長さおよび幅）を第２の開口42の大きさと同じか第２の開口42よりも小さくして、スロット32ａのインピーダンスを第２の開口42のインピーダンスと同じか、線路導体32のインピーダンスと第２の開口42のインピーダンスとの間のインピーダンスにする。このような高周波伝送構造にすると、高周波信号が線路導体31から、一旦、線路導体31よりもインピーダンスの高いスロット線路32に伝送されるので、線路導体31から第２の開口42までのインピーダンス変化がより滑らかになり、高周波信号の伝送特性が良好となる。スロット32ａの大きさを第２の開口42の大きさよりも小さくして、スロット32ａのインピーダンスを線路導体32のインピーダンスと第２の開口42のインピーダンスとの間のインピーダンスにすると、線路導体31から第２の開口42までのインピーダンス変化が滑らかになり、高周波信号の伝送特性が良好となる。そして、スロット32ａ、第２の開口42、第１の開口41の順で大きさを大きくして、線路導体32から第１の開口41までの間で順にインピーダンスが大きくなるようにすると、線路導体32から第１の開口41までのインピーダンスの変化が最も滑らかになって、高周波信号の伝送特性がさらに良好となるので好ましい。

図３は本発明のアンテナの実施の形態の一例であり、図３において、14は第４の誘電体
層、33は放射導体であり、他の符号は図１と同じである。図３に示す例は、図１に示す例のような高周波伝送構造を用いたものである。

本発明のアンテナは、図３に示す例のように、上記構成の本発明の高周波伝送構造と、この高周波伝送構造の第２の接地導体22の上に第１の開口41を覆って積層された第４の誘電体層14と、第４の誘電体層14の上面に配置され、上面視で第１の開口41と重なる位置に配置された放射導体33とを備えているパッチアンテナである。このような構成としたことから、例えば60ＧＨｚというような超高周波を用いた無線ＰＡＮ等の伝送システムに要求される広帯域特性に応じてパッチアンテナのインピーダンスが高くなり、第１の開口41のインピーダンスを大きくした場合であっても、本発明の高周波伝送構造による高周波信号の伝送特性が良好であるので、反射特性や放射特性が良好なアンテナとなる。

図４は本発明のアンテナの実施の形態の他の例であり、図４において、14は第４の誘電体層、24は第４の接地導体、43は第３の開口、53は第３の接続導体であり、他の符号は図２と同じである。即ち、図４に示す例は、図２に示す例のような高周波伝送構造を用いたものである。

本発明のアンテナは、図４に示す例のように、上記構成の本発明の高周波伝送構造と、この高周波伝送構造の第２の接地導体22の上に第１の開口41を覆って積層された第４の誘電体層14と、第４の誘電体層14の上面に配置され、上面視で第１の開口41と重なる位置に第３の開口43を有する第４の接地導体24と、第３の開口43の周囲に配置されて第４の接地導体24と第２の接地導体22とを接続する第３の接続導体53とを備えている誘電体共振器アンテナである。このような構成としたことから、例えば60ＧＨｚというような超高周波を用いた無線ＰＡＮ等の伝送システムに要求される広帯域特性に応じて誘電体共振器アンテナのインピーダンスが高くなり、第１の開口41のインピーダンスを大きくした場合であっても、本発明の高周波伝送構造による高周波信号の伝送特性が良好であるので、反射特性や放射特性が良好なアンテナとなる。

第１乃至第４の誘電体層11〜14は、セラミックスまたは有機樹脂、あるいはそれらの複合体からなるものである。セラミックスとしては、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）質焼結体等のセラミック材料や、ガラス材料、あるいはガラスとＡｌ_２Ｏ_３，ＳｉＯ_２，ＭｇＯなどの無機質フィラーとの複合体からなるガラスセラミック材料が挙げられる。有機樹脂としては、例えば、四ふっ化エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン：ＰＴＦＥ），四ふっ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂：ＥＴＦＥ），四ふっ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルテロアルキルビニルエーテル共重合樹脂：ＰＦＡ）等のフッ素樹脂やエポキシ樹脂，ガラスエポキシ樹脂，ポリイミド等が挙げられる。セラミック材料の場合は、より高周波の信号を伝送することが可能な、Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ等の低抵抗金属からなる導体材料と同時焼成が可能なガラスセラミック材料が好ましい。

これらの材料による第１乃至第４の誘電体層11〜14の厚みＨ11〜Ｈ14は、使用される周波数や用途等に応じて設定される。第３の接地導体23が線路導体31と第２の接地導体22との中間の位置にあると、インピーダンス整合性が良好となるので、第２の誘電体層12の厚みＨ12と第３の誘電体層13の厚みＨ13層とが同じであるのが好ましい。

また、第４の誘電体層14の厚みＨ14は、第４の誘電体層14内を伝送する高周波信号の実効波長の１／４であると、第３の接続導体53と、第４の誘電体層14の第３の接続導体53で囲まれた部分と、第２の接地導体22と、第４の接地導体24とからなる誘電体共振器が良好に機能するため、放射特性が良好な誘電体共振器アンテナとなる。

第１乃至第４の接地導体21〜24、線路導体31、スロット線路32および放射導体33は、第１乃至第４の誘電体層11〜14がセラミック材料からなる場合は、Ｗ，Ｍｏ，Ｍｏ−Ｍｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ等の金属を主成分とするメタライズ層により形成される。また、第１乃至第４の誘電体層11〜14が有機樹脂からなる場合は、厚膜印刷法，各種の薄膜形成方法，めっき法あるいは箔転写法等によって形成した金属層や、このような金属層上にめっき層を形成したもの、例えばＣｕ層，Ｃｒ−Ｃｕ合金層またはＣｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉめっき層およびＡｕめっき層を被着させたもの，ＴａＮ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕめっき層を被着させたもの，Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕめっき層を被着させたもの，Ｎｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕめっき層を被着させたもの等が挙げられる。その厚みや幅は、伝送される高周波信号の周波数や用途等に応じて設定される。

第１乃至第４の接地導体21〜24、線路導体31、スロット線路32および放射導体33の形成は、周知の方法を用いればよい。例えば第１乃至第４の誘電体層11〜14がガラスセラミックスから成る場合であれば、まずそれら第１乃至第４の誘電体層11〜14となるガラスセラミックスのグリーンシートを準備し、グリーンシート上にスクリーン印刷法によってＡｇ等の導体ペーストを所定形状で印刷塗布して、第１乃至第４の接地導体21〜24、線路導体31、放射導体33の各導体パターンを形成する。次に、これらの導体パターンが形成されたグリーンシートを重ねて圧着するなどして積層体を作製し、この積層体を850〜1000℃で
焼成することによって形成する。その後、外表面に露出している導体上には、ＮｉめっきおよびＡｕめっき等のめっき皮膜を形成する。第１乃至第４の誘電体層11〜14が有機樹脂材料から成る場合であれば、例えば有機樹脂シート上に第１乃至第４の接地導体21〜24、線路導体31、スロット線路32および放射導体33の各導体パターン形状に加工したＣｕ箔を転写し、Ｃｕ箔が転写された有機樹脂シートを積層して接着剤で接着することによって形成する。

第１乃至第３の接続導体51〜53は、第１乃至第４の誘電体層11〜14がガラスセラミックス等のセラミックスから成る場合には、例えば前述の製造方法において第１乃至第４の接地導体21〜24、線路導体31、スロット線路32および放射導体33の各導体パターンを形成する前に、グリーンシートに金型加工やレーザー加工によってあらかじめ形成しておいた貫通孔内に同様の導体ペーストを印刷法等によって充填することで各誘電体層11〜14を貫通する貫通導体の形態で形成することがでる。第１乃至第４の誘電体層11〜14が有機樹脂から成る場合も同様に、グリーンシートに代えて有機樹脂シートを用い、導体ペーストの印刷やめっきによって貫通孔内に貫通導体を形成したりすればよい。

第１の接続導体51は第３の接地導体23と第１の接地導体21とを接続し、第２の接続導体52は第２の接地導体22と第３の接地導体23とを接続し、第３の接続導体53は第４の接地導体24と第２の接地導体22とを接続するものであれば、各誘電体層11〜14の側面に引き出して接続する側面導体の形態であっても構わないが、最短距離で接続することができ、インダクタンスを小さくすることのできる各誘電体層11〜14を貫通する貫通導体が好ましい。

また、図１〜図4に示す例では、第１の接続導体51はその上に位置する第２の開口42を
、第２の接続導体52はその上下にそれぞれ位置する第１の開口41および第２の開口42を、第３の接続導体53はその上下にそれぞれ位置する第３の開口43および第１の開口41を、それぞれ取り囲むように、それぞれ複数が配列されている。第１の接続導体51は第３の接地導体23と第１の接地導体21とを接続し、第２の接続導体52は第２の接地導体22と第３の接地導体23とを接続すればよいので、その数はいずれも１つでも構わない。

図１〜図４に示す例のように、第１および第２の接続導体51，52をその上や下に位置する第１および第２の開口41，42を取り囲むように配置すると、第１および第２の接続導体
51，52がシールド導体として機能して線路導体31から第２の開口42および第１の開口41を通る高周波信号が外にもれることを抑えることができ、高周波信号が良好に伝送されるので好ましい。また、図１〜図４に示す例のように、第１乃至第３の開口41〜43を取り囲むように複数の第１乃至第３の接続導体51〜53を配置する場合は、その間隔を第２乃至第４の誘電体層12〜14内を伝送する高周波信号の実効波長の１／４以下とすると、高周波信号のもれをより効果的に抑えることができるので好ましい。

本発明の高周波伝送構造およびアンテナの効果を確認するために、図４に示す例のような構成のアンテナをシミュレーションモデルとして用いてシミュレーションを行なった。線路導体31から入力した高周波信号が、スロット32ａ、第２の開口42、第１の開口41を通り、第４の誘電体層14、第３の接続導体53、第２の接地導体22および第４の接地導体24からなる誘電体共振器アンテナに給電され、第３の開口43から電波として放射される際の、反射特性を見積もった。

第１乃至第４の誘電体層11〜14として、低温焼成セラミックスを想定して比誘電率を5.3に設定した。第１乃至第４の誘電体層11〜14は、平面視寸法を５ｍｍ角として、厚みＨ11〜Ｈ14をそれぞれ0.2ｍｍ、0.1ｍｍ、0.1ｍｍ、0.4ｍｍとした。第１乃至第３の誘電体
層11〜13、第１および第２の接地導体21,22、線路導体31で構成されるストリップライン
のインピーダンスを50Ωにするために、線路導体31の幅Ｗ31は0.14ｍｍとした。スロット線路32は、平面視の寸法を0.72ｍｍ×2．3ｍｍとし、スロット32ａの幅Ｗ32ａを0.1ｍｍ
、長さＬ32ａを1.7ｍｍとして、線路導体31がスロット線路32を横切る部分には線路導体31の両側に0.1ｍｍの間隔Ｄ32を設けた。第３の接地導体23の平面視の寸法は0.72ｍｍ×2
．3ｍｍとし、第２の開口42は、幅Ｗ42を0.2ｍｍ、長さＬ42を1.7ｍｍとした。第２の接
地導体22の平面視の寸法は５ｍｍ角とし、第１の開口41は、幅Ｗ41を0.42ｍｍ、長さＬ41を2.1ｍｍとした。第４の接地導体24の平面視の寸法は５ｍｍ角とし、第３の開口43は、
幅Ｗ43を1.8ｍｍ、長さＬ43を3.6ｍｍとした。第１の接地導体21は平面視の寸法を５ｍｍ角とした。各接続導体51（51Ａ，51Ｂ）〜53は、直径を0.1ｍｍとし、高周波信号の66Ｇ
Ｈｚにおける実効波長の１／４にあたる0.49ｍｍ以下となるように0.3ｍｍの間隔で、各
開口を取り囲むように配置した。

上記シミュレーションモデルを使った反射特性のシミュレーション結果を図５に示す。図５はシミュレーションモデルの線路導体31から高周波信号を入力した際の反射係数（Ｓ11）の周波数特性を示すグラフであり、横軸は周波数（単位：ＧＨｚ）、縦軸はＳ11（単位：ｄＢ）を示す。Ｓ11の値が小さいほど、その周波数において線路導体31から入力した高周波信号が、効率よく誘電体共振器アンテナの第３の開口43から放射されていることを示す。

図５に示すグラフにおいて、Ｓ11が−10ｄＢ以下となる周波数帯域幅は16.3ＧＨｚであり、60ＧＨｚを用いた無線ＰＡＮで要求される、Ｓ11が−10ｄＢ以下となる周波数帯域幅の９ＧＨｚを十分満足している。

上記本発明のアンテナのシミュレーションモデルに対して、第２の開口42を有する第３の接地導体23および第２の接地導体22と第３の接地導体23とを接続する第２の接続導体52を有さないこと以外は同じである、従来の高周波伝送構造による従来のアンテナのシミュレーションモデルについても同様のシミュレーションを行なった。そのシミュレーション結果を図５と同様のグラフで図６に示す。

図６に示すグラフにおいて、Ｓ11が−10ｄＢ以下となる周波数帯域幅が12.2ＧＨｚであり、60ＧＨｚを用いた無線ＰＡＮで要求されるＳ11が−10ｄＢ以下となる周波数帯域幅９
ＧＨｚを満足しているものの、図５に示す本発明のアンテナの周波数帯域幅16.3ＧＨｚに対して25％劣るものであり、従来のアンテナに対して、本発明のアンテナは、Ｓ11が−10ｄＢ以下となる周波数帯域幅が約33％大きくなっていることを示す。これは、本発明の高周波伝送構造が、従来の高周波伝送構造に対して高周波信号の伝送特性が良好であることによるものである。

このように、本発明の高周波伝送構造およびそれを用いたアンテナは、線路導体31とアンテナとのインピーダンス整合性がよく、60ＧＨｚの超高周波においても伝送特性が良好で反射特性や放射特性が良好であることが分かる。

11：第１の誘電体層
12：第２の誘電体層
13：第３の誘電体層
14：第４の誘電体層
21：第１の接地導体
22：第２の接地導体
23：第３の接地導体
24：第４の接地導体
31：線路導体
32：スロット線路
32ａ：スロット
33：放射導体
41：第１の開口
42：第２の開口
43：第３の開口
51：第１の接続導体
51Ａ：上側第１の接続導体
51Ｂ：下側第１の接続導体
52：第２の接続導体
53：第３の接続導体

Claims

第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の上に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層の上に積層された第３の誘電体層と、前記第１の誘電体層の下面に配置された第１の接地導体と、前記第１の誘電体層および前記第２の誘電体層の層間に配置された線路導体と、前記第３の誘電体層の上面に配置され、上面視で前記線路導体の端部に重なる、前記線路導体に直交する方向に細長い形状の第１の開口を有する第２の接地導体と、前記第２の誘電体層および前記第３の誘電体層の層間の前記線路導体の前記端部の上方に部分的に配置され、上面視で前記線路導体の前記端部および前記第１の開口に重なる、前記線路導体に直交する方向に細長い形状で前記第１の開口と同じか前記第１の開口よりも小さい第２の開口を有する第３の接地導体と、該第３の接地導体と前記第１の接地導体とを接続する第１の接続導体と、前記第２の接地導体と前記第３の接地導体とを接続する第２の接続導体とを具備することを特徴とする高周波伝送構造。
請求項１記載の高周波伝送構造と、前記第２の接地導体の上に前記第１の開口を覆って積層された第４の誘電体層と、該第４の誘電体層の上面に配置され、上面視で前記第１の開口と重なる位置に配置された放射導体とを具備することを特徴とするアンテナ。
請求項１記載の高周波伝送構造と、前記第２の接地導体の上に前記第１の開口を覆って積層された第４の誘電体層と、該第４の誘電体層の上面に配置され、上面視で前記第１の開口と重なる位置に第３の開口を有する第４の接地導体と、前記第３の開口の周囲に配置されて前記第４の接地導体と前記第２の接地導体とを接続する第３の接続導体とを具備することを特徴とするアンテナ。