JP2013201711A - Antenna substrate - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、誘電体層と導体層とを多層に積層することにより形成したアンテナ基板に関するものである。 The present invention relates to an antenna substrate formed by laminating a dielectric layer and a conductor layer in multiple layers.
従来、アンテナ基板として、図3に断面模式図で、図4に分解斜視図で示すように、第1の誘電体層11と、この第1の誘電体層11の下面に第1の方向に延在して終端する帯状のストリップ導体14と、第1の誘電体層11の上面にストリップ導体14を直角に横切る第2の方向に延びるスロット15aを備えて被着された接地導体層15と、第1の誘電体層11および接地導体層15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の上面に前記スロット15aが形成された位置にかぶさるように被着された第1のパッチ導体16と、第2の誘電体層12および第1のパッチ導体16の上に積層された第3の誘電体層13と、第3の誘電体層13の上面に前記第1のパッチ導体16が形成された位置にかぶさるように被着された第2のパッチ導体17とを備えたアンテナ基板が知られている。
Conventionally, as an antenna substrate, as shown in a schematic cross-sectional view in FIG. 3 and an exploded perspective view in FIG. 4, a first
このアンテナ基板においては、ストリップ導体14に高周波信号を給電すると、その信号が電磁的な結合によりスロット15aを介して第1および第2のパッチ導体16,17に伝わり、これらの第1および第2のパッチ導体16,17を介して高周波信号が電磁波として放射される。ところで、このようなアンテナ基板が第1および第2の2層のパッチ導体16,17を互いに重なるように備えているのは、2層のパッチ導体16,17を互いに重なるように備えることにより、アンテナの周波数帯域を広帯域化することができるためである。
In this antenna substrate, when a high-frequency signal is supplied to the
しかしながら、例えば、ワイヤレスパーソナルエリアネットワークでは、使用される周波数帯域が各国で異なり、一つのアンテナ基板を全世界で使用可能とするためには57〜66GHzの広い周波数帯域をカバーする必要がある。そのためには、従来のアンテナ基板よりも更に広い周波数帯域を持つアンテナ基板を提供する必要がある。 However, for example, in a wireless personal area network, the frequency band to be used is different in each country, and it is necessary to cover a wide frequency band of 57 to 66 GHz so that one antenna substrate can be used all over the world. For this purpose, it is necessary to provide an antenna substrate having a wider frequency band than the conventional antenna substrate.
本発明の課題は、例えば57〜66GHzの広い周波数帯域においても良好な信号の送受信を行なうことが可能な広帯域のアンテナ基板を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a broadband antenna substrate capable of transmitting and receiving a good signal even in a wide frequency band of, for example, 57 to 66 GHz.
本発明のアンテナ基板は、第1の誘電体層と、該第1の誘電体層の下面に配置されており、第1の方向に延在して終端する帯状のストリップ導体と、前記第1の誘電体層の上面に配置されており、前記ストリップ導体を直角に横切る第2の方向に延びるスロットを有する接地導体層と、前記第1の誘電体層および前記接地導体層上に積層された第2の誘電体層と、該第2の誘電体層の上面に前記スロットが形成された位置にかぶさるように配置された第1のパッチ導体とを具備してなるアンテナ基板であって、前記第1のパッチ導体の中央部に開口部が形成されていることを特徴とするものである。 The antenna substrate of the present invention includes a first dielectric layer, a strip-shaped strip conductor disposed on the lower surface of the first dielectric layer, extending in a first direction, and terminating in the first direction. A ground conductor layer having a slot extending in a second direction perpendicularly crossing the strip conductor, and laminated on the first dielectric layer and the ground conductor layer. An antenna substrate comprising: a second dielectric layer; and a first patch conductor disposed so as to cover a position where the slot is formed on the upper surface of the second dielectric layer, An opening is formed at the center of the first patch conductor.
本発明のアンテナ基板によれば、第1のパッチ導体の中央部に開口部を備えることから、開口部を備えた第1のパッチ導体で複合的な共振が良好に起こり、そのため例えば、57〜66GHzの広い周波数帯域において良好な信号の送受信を行なうことが可能な広帯域のアンテナ基板を提供することができる。 According to the antenna substrate of the present invention, since the opening portion is provided in the center portion of the first patch conductor, complex resonance occurs favorably in the first patch conductor provided with the opening portion. It is possible to provide a broadband antenna substrate capable of transmitting and receiving favorable signals in a wide frequency band of 66 GHz.
次に、本発明のアンテナ基板の実施形態の一例を添付の図面を基に説明する。本例のアンテナ基板は、図1に断面模式図で、図2に分解斜視図で示すように、第1の誘電体層1と、この第1の誘電体層1の下面に第1の方向に延在して終端する帯状のストリップ導体5と、第1の誘電体層1の上面にストリップ導体5を直角に横切る第2の方向に延びるスロット6aを備えて被着された接地導体層6と、第1の誘電体層1および接地導体層6の上に積層された第2の誘電体層2と、第2の誘電体層2の上面に前記スロット6aが形成された位置にかぶさるように被着された第1のパッチ導体7と、第2の誘電体層2および第1のパッチ導体7の上に積層された第3の誘電体層3と、第3の誘電体層3の上面に前記第1のパッチ導体7が形成された位置にかぶさるように被着された第2のパッチ導体8と、第3の誘電体層3および第2のパッチ導体8の上に積層された第4の誘電体層4と、第4の誘電体層4の上面に前記第2のパッチ導体8が形成された位置にかぶさるように被着された第3のパッチ導体9とを備えている。
Next, an embodiment of the antenna substrate of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The antenna substrate of this example is shown in a schematic cross-sectional view in FIG. 1 and in an exploded perspective view in FIG. 2, in a first direction on the lower surface of the first
誘電体層1〜4は、例えばガラスクロスにエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、アリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂等の熱硬化性樹脂を含浸させた絶縁シートやエポキシ樹脂やビスマレイミドトリアジン樹脂、アリル変性ポリフェニレンエーテル樹脂にシリカ粉末等の無機絶縁フィラーを分散させた絶縁シートを硬化させて成る。これらの絶縁層1〜4は、その比誘電率が4以下であることが好ましく、厚みとしては、50〜200μm程度であるのが好ましい。また、ストリップ導体5、接地導体層6およびパッチ導体7〜9は、何れも厚みが5〜20μmの銅箔や銅めっき層等の良伝導性の導電材料から成る。
The
第1の誘電体層1の下面に配置されたストリップ導体5は、幅が50〜350μm程度の帯状の導体である。ストリップ導体5は、第1の誘電体層1の下面を第1の方向に延在するとともにその一端が第1の誘電体層の下面において終端している。このストリップ導体5は、本例のアンテナ基板において、高周波信号を入出力するための伝送路として機能し、このストリップ導体5に高周波信号が伝送される。
The
第1の誘電体層1の上面に配置された接地導体層6は、第1の誘電体層の上面の大部分を覆うように配置されており、ストリップ導体5を直角に横切る第2の方向に延びる長方形状のスロット6aを備えている。スロット6aは、第1の方向に平行な幅が0.1〜1mm程度、第2の方向に平行な長さが0.5〜150mm程度であり、ストリップ導体5の終端側の辺がストリップ導体5の終端する一端から0.2〜8mmの位置を横切るように設けられている。この接地導体層6は、ストリップ導体5を伝送する高周波信号を電磁波としてスロット6aを介してパッチ導体7〜9に供給したり、あるいはパッチ導体7〜9で受信した高周波信号の電磁波をスロット6aを介してストリップ導体5に伝えたりする機能を果たしている。
The
第2の誘電体層2の上面に配置された第1のパッチ導体7は、ストリップ導体5が延在する第1の方向に平行な短辺と、スロット6aが延びる第2の方向に平行な長辺とを有する四角形であり、その中央部に正方形の開口部7aを有している。このパッチ導体7は、スロット6aからの高周波信号の電磁波を外部に向けて放射するとともに第2および第3のパッチ導体8,9に伝える機能を果たしている。
The
第3の誘電体層3の上面に配置された第2のパッチ導体8も、同様にストリップ導体5が延在する第1の方向に平行な短辺と、スロット6aが延びる第2の方向に平行な長辺とを有する四角形であり、その中央部に正方形の開口部8aを有している。このパッチ導体8は、第1のパッチ導体7からの高周波信号の電磁波を外部に向けて放射するとともに第3のパッチ導体9に伝える機能を果たしている。
Similarly, the second patch conductor 8 disposed on the upper surface of the third
第4の誘電体層4の上面に配置された第3のパッチ導体9も同様にストリップ導体5が延在する第1の方向に平行な短辺と、スロット6aが延びる第2の方向に平行な長辺とを有する四角形であり、その中央部に正方形の開口部9aを有している。このパッチ導体9は、第1および第2のパッチ導体7,8からの高周波信号の電磁波を外部に向けて放射する機能を果たしている。
Similarly, the third patch conductor 9 disposed on the upper surface of the fourth
なお、第1〜第3のパッチ導体7〜9における短辺および長辺の長さはそれぞれ0.5〜5mmである。なお、ここでは便宜上、短辺、長辺と表現しており、両者の長さが同一であってもよいし、あるいは両者の長さが逆転していてもよい。また、開口部7a,8a,9aにおける一辺の長さは、それぞれ0.1〜4.9mmである。
In addition, the length of the short side and the long side in the 1st-3rd patch conductors 7-9 is 0.5-5 mm, respectively. Here, for convenience, they are expressed as short sides and long sides, and the lengths of both may be the same, or the lengths of both may be reversed. Moreover, the length of one side in
そして、本例においては、第1のパッチ導体7、第2のパッチ導体8および第3のパッチ導体9の中央部にそれぞれ開口部7a,8a,9aが形成されていることが重要である。これらの開口部7a,8a,9aの存在により複合的な共振が起こるので、第1〜第3のパッチ導体7〜9を介して放射される高周波信号の周波数帯域が広いものとなる。
In this example, it is important that
なお、各開口部7a,8a,9aは、ストリップ導体5と対向する領域に上下に重なるように形成されていることが好ましい。
Each of the
ここで、本発明者が図2に示したアンテナ基板において、絶縁層1〜4の比誘電率を3.7、絶縁層1,2の厚みをそれぞれ100μm、絶縁層3,4の厚みをそれぞれ200μmとし、ストリップ導体5の厚みを15μm、幅を200μm、接地導体層6、パッチ導体7〜9の厚みをそれぞれ11μm、スロット6aの幅を0.2mm、長さを1mm、スロット6aからストリップ導体5の終端までの距離を0.75mmとし、これらの寸法を共通とした上で、第1のパッチ導体7の短辺の寸法を0.6mm、長辺の寸法を0.7mmとし、第2のパッチ導体8の短辺の寸法を0.6mm、長辺の寸法を0.9mmとし、第3のパッチ導体9の短辺の寸法を0.8mm、長辺の寸法を1.0mmとし、さらに
各開口部7a,8a,9aの一辺の長さを0.2mmとした本発明に対応する第1のモデルと、開口部7a,8a,9aを設けない以外は前記第1のモデルと同様の構成とした本発明の範囲外に対応する第2のモデルとを電磁界シミュレータによるシミュレーションで比較した結果、本発明の範囲外に対応する第2のモデルでは、反射損が−10dB以下の帯域が55〜73GHzであったのに対して本発明に対応する第1のモデルでは、反射損が−10dB以下の帯域が53〜74GHzと広いものであることが確認できた。このことは、例えば57〜66GHzの広い周波数帯域においてもさらに余裕をもって良好な信号の送受信を行なうことが可能であることを示している。
Here, in the antenna substrate shown in FIG. 2 by the present inventor, the relative dielectric constant of the
1 第1の誘電体層
2 第2の誘電体層
5 ストリップ導体
6 接地導体層
6a スロット
7 第1のパッチ導体
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