JP2013150298A - アンテナ基板およびアンテナモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ基板の低背化を図ること。
【解決手段】アンテナ基板１は、誘電体基体11と、誘電体基体11の内部に設けられた線路導体12と、線路導体12と同じ高さ位置に設けられた第１の接地導体層13と、誘電体基体11内において線路導体12の下方に設けられた第２の接地導体層14と、誘電体基体11内において線路導体12の上方に設けられた第３の接地導体層15と、第１の接地導体層13から誘電体基体11の上面にかけて設けられた複数の接地ビア導体16とを含んでいる。第１の接地導体層13は、線路導体12に電磁気的に結合されたスロット13ａを形成するように線路導体12を囲んでいる。第２の接地導体層14および第３の接地導体層15は、平面透視において線路導体12に重なるように配置されている。複数の接地ビア導体16は、平面透視においてスロット13ａを囲むように配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば携帯電話等の電子機器に用いられるアンテナ基板およびアンテナモジュールに関するものである。

電子機器は、データの送受信等において用いられるアンテナモジュールを有している。アンテナモジュールは、線路導体を含むアンテナ基板と、アンテナ基板に実装されており線路導体に電気的に接続された電子部品とを有している。アンテナ基板は、線路導体を含む高周波伝送構造部と、高周波伝送構造部に結合された誘電体共振器部とを有している。

特開2011−176019号公報

例えば携帯電話等の電子機器においては薄型化が求められており、それに伴って、アンテナ基板およびアンテナモジュールの低背化が求められている。

本発明の一つの態様によれば、アンテナ基板は、誘電体基体と、誘電体基体の内部に設けられた線路導体と、線路導体と同じ高さ位置に設けられた第１の接地導体層と、誘電体基体内において線路導体の下方に設けられた第２の接地導体層と、誘電体基体内において線路導体の上方に設けられた第３の接地導体層と、第１の接地導体層から誘電体基体の上面にかけて設けられた複数の接地ビア導体とを含んでいる。第１の接地導体層は、線路導体に電磁気的に結合されたスロットを形成するように線路導体を囲んでいる。第２の接地導体層および第３の接地導体層は、平面透視において線路導体に重なるように配置されている。

本発明の他の一つの態様によれば、アンテナモジュールは、上記構成を有するアンテナ基板と、アンテナ基板に実装されており線路導体に電気的に接続された電子部品とを含んでいる。

本発明の一つの態様によるアンテナ基板おいて、平面透視においてスロットを囲むように配置された複数の接地ビア導体が、線路導体と同じ高さ位置に設けられた第１の接地導体層から誘電体基体の上面にかけて設けられていることによって、アンテナ基板において、高周波伝送構造部と誘電体共振器部とが、厚み方向において部分的に重なる位置に設けられており、アンテナ基板の低背化が図られている。

本発明の他の態様によるアンテナモジュールは、上記構成を有するアンテナ基板を含んでいることによって、低背化に関して向上されている。

本発明の第１の実施形態におけるアンテナモジュールを示す縦断面図である。 （ａ）は図１に示されたアンテナモジュールにおいて符号Ｂによって示された部分の平面透視図であり、（ｂ）は（ａ）に示されたアンテナモジュールのＡ−Ａ線における縦断面図である。 （ａ）は本発明の第２の実施形態におけるアンテナモジュールの一部を示す平面透視図であり、（ｂ）は（ａ）に示されたアンテナモジュールのＡ−Ａ線における縦断面図である。 （ａ）は本発明の第３の実施形態におけるアンテナモジュールの一部を示す平面透視図であり、（ｂ）は（ａ）に示されたアンテナモジュールのＡ−Ａ線における縦断面図である。 本発明の第３の実施形態におけるアンテナモジュールの変形例を示す縦断面図である。 （ａ）は本発明の第４の実施形態におけるアンテナモジュールの一部を示す平面透視図であり、（ｂ）は（ａ）に示されたアンテナモジュールのＡ−Ａ線における縦断面図である。 （ａ）は本発明の第５の実施形態におけるアンテナモジュールの一部を示す平面透視図であり、（ｂ）は（ａ）に示されたアンテナモジュールのＡ−Ａ線における縦断面図である。

以下、本発明のいくつかの実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１および図２に示されているように、本発明の第１の実施形態におけるアンテナモジュールは、アンテナ基板１と、アンテナ基板１に実装された電子部品２とを含んでいる。図１および図２において、アンテナモジュールは仮想のｘｙｚ空間内に向けられており、以下便宜的に、上方向とは仮想のｚ軸の正方向のことをいう。

アンテナ基板１は、誘電体基体11と、誘電体基体11の内部に設けられた線路導体12と、線路導体12と同じ高さ位置に設けられた第１の接地導体層13と、誘電体基体11内において線路導体12の下方に設けられた第２の接地導体層14と、誘電体基体11内において線路導体12の上方に設けられた第３の接地導体層15と、第１の接地導体層13から誘電体基体11の上面にかけて設けられた複数の第１の接地ビア導体16とを含んでいる。アンテナ基板１は、第１の接地導体層13の下方に設けられた複数の第２のビア導体17と、誘電体基体11の上面に設けられた表面接地導体層18とをさらに含んでいる。

誘電体基体11は、例えばアルミナ等のセラミックスまたは樹脂等から成なり、互いに積層された複数の層を有している。誘電体基体11は、電子部品２の実装領域を有しており、実装領域は、例えば電子部品２が収容される凹部の底面に設けられている。本実施形態において、電子部品２が収容される凹部は、誘電体基体11の下面に設けられている。

線路導体12は、電子部品２に電気的に接続されており、誘電体基体11内において所定方向に延在している。図２（ａ）に示されているように、本実施形態において、線路導体12は、仮想のｘ軸の正方向に延在しており、所定方向とは仮想のｘ軸の正方向のことをいう。

第１の接地導体層13は、線路導体12に電磁気的に結合されたスロット13ａを形成するように線路導体12を囲んで配置されている。スロット13ａは、線路導体12の延在方向に対して垂直な方向に設けられている。図２（ａ）において、スロット13ａは、仮想のｙ軸方向に設けられている。なお、線路導体12の延在方向とは、仮想のｘ軸の正方向である。

第２の接地導体層14は、図２（ａ）に示されているように、平面透視において線路導体
12およびスロット13ａに重なるように配置されている。

第３の接地導体層15は、図２（ａ）に示されているように、平面透視において線路導体12に重なるように配置されており、線路導体12の幅Ｄ12よりも広い幅Ｄ15を有している。第３の接地導体層15は、線路導体12の幅方向である仮想のｙ軸方向において線路導体12を上方から覆っている。第３の接地導体層15は、線路導体12と同様に仮想のｘ軸方向に延在している。

複数の第１の接地ビア導体16は、平面透視においてスロット13ａを囲むように配置されており、第１の接地導体層13に電気的に接続されている。図２（ａ）に示された例において、複数の第１の接地ビア導体16は、スロット13ａの延在方向である仮想のｙ軸方向に延在する矩形状に配置されている。

複数の第２の接地ビア導体17は、図２（ａ）に示されているように、平面透視においてスロット13ａに沿って配置されており、第１の接地導体層13および第２の接地導体層14に電気的に接続されている。

複数の第３の接地ビア導体17ｂは、図２（ａ）に示されているように、平面透視において第１の接地導体層13の線路導体12を取り囲む端部に沿って配置されており、第１乃至第３の接地導体層13〜15のそれぞれに電気的に接続されている。

表面接地導体層18は、図２（ａ）に示されているように、平面透視においてスロット13ａに重なっているとともに複数の第１の接地ビア導体16の配置に対応する形状の開口部18ａを有している。

図２（ｂ）に示されているように、本実施形態のアンテナ基板１において、高周波伝送構造部11ａは、第２および第３の接地導体層14および15によって挟まれた領域に設けられている。図２（ｂ）において、高周波伝送構造部11ａが、一点鎖線によって示されている。誘電体共振器部11ｂは、複数の第１の接地ビア導体16によって囲まれた領域に設けられており、図２（ｂ）において一点鎖線によって示されている。高周波伝送構造部11ａおよび誘電体共振器部11ｂは、縦断面視において互いに部分的に重なるように設けられている。

電子部品２は、たとえば線路導体12に高周波信号を出力するＩＣ素子であり、アンテナ基板１の下面の凹部内に設けられている。

電子部品２から出力された高周波信号は、線路導体12に入力されて、高周波伝送構造部11ａによってスロット13ａまで伝送される。高周波信号は、スロット13ａにおいて伝送モードが変換され、誘電体共振器部11ｂを経由して開口部18ａから放射される。

本実施形態のアンテナ基板１において、平面透視においてスロット13ａを囲むように配置された複数の第１の接地ビア導体16が、線路導体12と同じ高さ位置に設けられた第１の接地導体層13から誘電体基体11の上面にかけて設けられていることによって、アンテナ基板１において、高周波伝送構造部11ａと誘電体共振器部11ｂとが、誘電体基体11の厚み方向において互いに部分的に重なるように設けられており、アンテナ基板１の低背化が図られている。図２（ｂ）に示されているように、高周波伝送構造部11ａと誘電体共振器部11ｂとが上下方向において部分的に重なっていることによって、高周波伝送構造部11ａの下端から誘電体共振器部11ｂの上端までの高さは、高周波伝送構造部11ａの高さＨ_11ａと誘電体共振器部11ｂの高さＨ_11ｂとの合計よりも小さい。

また、誘電体共振器部11ｂ内において、線路導体12の上面に第３の接地導体層15が設けられていることによって、スロット13ａへの経路を維持しながら、高周波伝送構造部11ａと誘電体共振器部11ｂとが電磁気的に分離され、高周波伝送構造部11ａと誘電体共振器部11ｂとの間で起こる不要な結合が低減されるため、低背な構造にて伝送特性が維持されている。

したがって、本実施形態のアンテナモジュールは、上記構成を有するアンテナ基板１を含んでいることによって、低背化に関して向上されている。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について図３（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。第２の実施形態のアンテナモジュールにおいて、第１の実施形態のアンテナモジュールと異なる構成は、アンテナ基板１が第４の接地導体層19を含んでいることである。その他の構成については、第１の実施形態におけるアンテナモジュールと同様である。

第４の接地導体層19は、図３（ｂ）に示されているように、第３の接地導体層15と線路導体12との間の高さ位置に設けられており、図３（ａ）に示されているように、平面透視において、線路導体12の先端部12ａに重なっているとともに複数の接地ビア導体16に囲まれた領域に配置されている。このように、本実施形態のアンテナ基板１においては、高周波伝送構造部11ａの上方に位置する接地導体層が、スロット13ａの付近において線路導体12に近づくように設けられている。

本実施形態におけるアンテナ基板１は、第４の接地導体層19をさらに含んでおり、第４の接地導体層19が、第３の接地導体層15と線路導体12との間の高さ位置に設けられており、平面透視において、線路導体12の先端部12ａに重なっているとともに複数の接地ビア導体16に囲まれた領域に配置されていることによって、高周波伝送構造部11ａからの高周波信号がスロット13ａに届きやすくなり、スロット13ａと高周波伝送構造部11ａとの結合がより強化されるため、伝送特性が向上されている。したがって、本実施形態のアンテナ基板１においては、高周波伝送構造部11ａから誘電体共振器部11ｂへの高周波信号の伝送特性が向上されている。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態について図４（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。第３の実施形態のアンテナモジュールにおいて、第１の実施形態のアンテナモジュールと異なる構成は、アンテナ基板１が第５の接地導体層20を含んでいることである。その他の構成については、第１の実施形態におけるアンテナモジュールと同様である。

第５の接地導体層20は、図４（ｂ）に示されている例では、第３の接地導体層15と同じ高さ位置に設けられており、図４（ａ）に示されているように、平面透視において、複数の接地ビア導体16によって囲まれた領域において第３の接地導体層15とともにスロット13ａを挟むように配置されている。このように、本実施形態のアンテナ基板１においては、誘電体共振器部11ｂにおいて第３の接地導体層15に対向する位置にも接地導体層が設けられている。

本実施形態におけるアンテナ基板１は、第５の接地導体層20をさらに含んでおり、第５の接地導体層20が、平面透視において、複数の接地ビア導体16によって囲まれた領域において第３の接地導体層15とともにスロット13ａを挟むように配置されていることによって、誘電体共振器部11ｂに第３の接地導体層が延在していることによって生じる放射パターンの傾きを低減させて、上方向における利得を向上させることができる。

アンテナ基板１が第５の接地導体層20を含んでいない場合、放射パターンは、誘電体共振器部11ｂにまで延在された第３の接地導体層15の影響によって仮想のｘ軸の正方向へ傾くことがある。図４（ｂ）において、アンテナ基板１が第５の接地導体層20を含んでいない場合の誘電体基体11内における信号の進行方向が符号Ｓ３によって示された破線によって模式的に示されており、電波の放射方向が符号Ｓ４によって示された破線によって模式的に示されている。

本実施形態のアンテナ基板１においては、第３の接地導体層15による放射パターンの傾きが、第３の接地導体層15に対向するように誘電体共振器部11ｂに設けられている第５の接地導体層20によって低減されている。図４（ｂ）において、本実施形態のアンテナ基板１における誘電体基体11内の信号の進行方向が符号Ｓ１によって示された実線によって模式的に示されており、電波の放射方向が符号Ｓ２によって示された実線によって模式的に示されている。

なお、上述の本実施形態における工夫は、図３（ｂ）等に示された第２の実施形態のアンテナ基板１においても適用され得る。第２の実施形態のアンテナ基板１に本実施形態の工夫が施された構造が図５に示されている。この構造においても、第５の接地導体層20は、誘電体共振器部11ｂにおいて第３の接地導体層15に対向するように設けられている。図５に示された構造においては、誘電体共振器部11ｂ内に設けられた第３および第４の接地導体層15,19による放射パターンの傾きが、第５の接地導体層20によって低減されている
。

図５において、アンテナ基板１が第５の接地導体層20を含んでいない場合の誘電体基体11内における信号の進行方向が符号Ｓ３によって示された破線によって模式的に示されており、電波の放射方向が符号Ｓ４によって示された破線によって模式的に示されている。また、図５において、本実施形態のアンテナ基板１における誘電体基体11内の信号の進行方向が符号Ｓ１によって示された実線によって模式的に示されており、電波の放射方向が符号Ｓ２によって示された実線によって模式的に示されている。

（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態について図６（ａ）および（ｂ）を参照して説明する。第４の実施形態のアンテナモジュールにおいて、第１の実施形態のアンテナモジュールと異なる点は、スロット13ａの形成位置である。その他の構成については、第１の実施形態におけるアンテナモジュールと同様である。

図２（ａ）等に示された第１の実施形態においては、スロット13ａは平面透視において複数の第１の接地ビア導体16によって囲まれた領域のほぼ中心に設けられているのに対して、本実施形態においては、スロット13ａは平面透視において複数の第１の接地ビア導体16によって囲まれた領域の中心16ａを基準に線路導体12の延在方向に配置されている。なお、線路導体12の延在方向とは、仮想のｘ軸の正方向である。したがって、スロット13ａは、複数の第１の接地ビア導体16によって囲まれた領域の中心16ａを基準に仮想のｘ軸の正方向に配置されている。すなわち、スロット13ａは、平面視において誘電体共振器部11ｂの中心を基準に高周波伝送構造部11ａから離れる方向へシフトされている。

なお、誘電体共振器部11ｂ内に高周波信号を伝送するために、スロット13ａは、複数の第１の接地ビア導体16によって囲まれた領域（すなわち、誘電体共振器部11ｂの領域）内に設けられている。このように、スロット13ａは、複数の第１の接地ビア導体16によって囲まれた領域内において複数の第１の接地ビア導体16によって囲まれた領域の中心16ａを基準に線路導体12の延在方向に配置されている。

本実施形態のアンテナ基板１において、スロット13ａが平面透視において複数の第１の接地ビア導体16によって囲まれた領域の中心16ａから線路導体12の延在方向に配置されていることによって、スロット13ａによる放射位置を中心16ａから線路導体12の延在方向へシフトさせることができ、誘電体共振器部11ｂに第３の接地導体層15が延在していることによって生じる放射パターンの傾きを低減させることができる。

スロット13ａが平面透視において誘電体共振器部11ｂの中心に設けられている場合、放射パターンは、誘電体共振器部11ｂにまで延在された第３の接地導体層15の影響によって仮想のｘ軸の正方向へ傾くことがある。図６（ｂ）において、本実施形態における工夫が施されていない場合の誘電体基体11内における信号の進行方向が符号Ｓ３によって示された破線によって模式的に示されており、電波の放射方向が符号Ｓ４によって示された破線によって模式的に示されている。

本実施形態のアンテナ基板１においては、第３の接地導体層15による放射パターンの傾きが、スロット13ａによる放射位置が中心16ａから線路導体12の延在方向（すなわち、仮想のｘ軸の正方向）へシフトされていることによって低減されている。図６（ｂ）において、本実施形態のアンテナ基板１における誘電体基体11内の信号の進行方向が符号Ｓ１によって示された実線によって模式的に示されており、電波の放射方向が符号Ｓ２によって示された実線によって模式的に示されている。

なお、上述の本実施形態における工夫は、第２および第３の実施形態におけるアンテナ基板１においても適用され得る。

（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態について図７を参照して説明する。第５の実施形態のアンテナモジュールにおいて、第１の実施形態のアンテナモジュールと異なる点は、パッチ導体21をさらに含んでいることである。その他の構成については、第１の実施形態におけるアンテナモジュールと同様である。

パッチ導体21は、誘電体基体11の上面に設けられており、平面透視において複数の接地ビア導体16によって囲まれた領域に配置されている。本実施形態におけるアンテナ基板１は、パッチ導体21を有していることによって、放射パターンの傾きを制御することが可能なアンテナモジュールを実現することができる。

また、パッチ導体21が、複数の接地ビア導体16によって囲まれた領域の中心16ａを基準に線路導体12の延在方向（すなわち、仮想のｘ軸の正方向）の逆方向に配置されている場合、放射パターンの傾きを低減させたアンテナモジュールを実現することができる。

なお、仮にアンテナ基板１がパッチ導体21を含んでいない場合、放射パターンは、誘電体共振器部11ｂにまで延在された第３の接地導体層15の影響によって仮想のｘ軸の正方向へ傾くことがある。図７（ｂ）において、アンテナ基板１がパッチ導体21を含んでいない場合の誘電体基体11内における信号の進行方向が符号Ｓ３によって示された破線によって模式的に示されており、電波の放射方向が符号Ｓ４によって示された破線によって模式的に示されている。

本実施形態におけるアンテナ基板１は、複数の接地ビア導体16によって囲まれた領域の中心16ａを基準に線路導体12の延在方向の逆方向に配置されたパッチ導体21によって、第３の接地導体層15の影響によって仮想のｘ軸の正方向へ傾く傾向のある放射パターンを仮想のｚ軸の正方向へ戻そうとする作用が働く。図７（ｂ）において、本実施形態のアンテナ基板１における誘電体基体11内の信号の進行方向が符号Ｓ１によって示された実線によ
って模式的に示されており、電波の放射方向が符号Ｓ２によって示された実線によって模式的に示されている。

なお、上述の本実施形態における工夫は、第２〜第４の実施形態におけるアンテナ基板１においても適用され得る。

１ アンテナ基板
11 誘電体基体
11ａ 高周波伝送構造部
11ｂ 誘電体共振器部
12 線路導体
13〜15 接地導体層
13ａ スロット
16、17、17ｂ 接地ビア導体
18 表面接地導体層
18ａ 開口部

Claims (7)

1. 誘電体基体と、
   該誘電体基体の内部に設けられた線路導体と、
   前記線路導体と同じ高さ位置に設けられており、前記線路導体に電磁気的に結合されたスロットを形成するように前記線路導体を囲んで配置された第１の接地導体層と、
   前記誘電体基体内において前記線路導体の下方に設けられており、平面透視において前記線路導体に重なるように配置された第２の接地導体層と、
   前記誘電体基体内において前記線路導体の上方に設けられており、平面透視において前記線路導体に重なるように配置された第３の接地導体層と、
   前記第１の接地導体層から前記誘電体基体の上面にかけて設けられており、平面透視において前記スロットを囲むように配置された複数の接地ビア導体とを備えていることを特徴とするアンテナ基板。
2. 前記第３の接地導体層と前記線路導体との間の高さ位置に設けられており、平面透視において、前記線路導体の先端部に重なっているとともに前記複数の接地ビア導体に囲まれた領域に配置された第４の接地導体層をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ基板。
3. 平面透視において、前記複数の接地ビア導体によって囲まれた領域において前記第３の接地導体層とともに前記スロットを挟むように配置された第５の接地導体層をさらに備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアンテナ基板。
4. 平面透視において、前記スロットが、前記複数の接地ビア導体によって囲まれた領域の中心を基準に前記線路導体の延在方向に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ基板。
5. 前記誘電体基体の前記上面に設けられており、平面透視において前記複数の接地ビア導体によって囲まれた領域に配置されたパッチ導体をさらに備えてることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ基板。
6. 前記パッチ導体は、前記複数の接地ビア導体によって囲まれた領域の中心を基準に前記線路導体の延在方向の逆方向に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ基板。
7. 請求項１に記載されたアンテナ基板と、
   該アンテナ基板に実装されており、前記線路導体に電気的に接続された電子部品とを備えていることを特徴とするアンテナモジュール。

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