JP2014090291A - 電磁結合構造を有する多層伝送線路板及びアンテナモジュール - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストや伝送損失を抑え、小型の多層伝送線路板及びアンテナモジュールを提供する。
【解決手段】マイクロ波帯域で使用される多層伝送線路板であって、第１導体層１１、第１誘電体層２１、第２導体層１２、第２誘電体層２２、第３導体層１３がこの順に積層されて多層板を構成し、前記第２導体層１２は給電線となるマイクロストリップラインを形成し、前記第３導体層１３上にはパッチ導体が形成され、パッチ導体が形成された前記第３導体層１３は、前記多層板の平面を上もしくは下から見た場合に前記第２導体層と部分的に重なるように配置されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、広く電磁結合構造に関し、より詳細には、マイクロ波帯からミリ波帯の高い周波数帯域で使用される伝送線路における多層伝送線路板及び該多層伝送線路板を備えたアンテナモジュールに関する。

マイクロ波帯からミリ波帯の高い周波数帯域において電磁結合構造として使用される伝送線路の電磁結合モジュール、あるいは、導波管や金属板等を用いて空気層を挟み込んだ複数のスロットが採用された回路基板が提案されている（特許文献１）。このうち、導波管を用いた構造では、その重量が大きく製造コストが高くなる傾向があった。

そこで、軽量であり低コストで製造可能なアンテナとして多層基板を用いたアンテナ構造が提案されている（非特許文献１）。非特許文献１に開示された平面アレイアンテナは、両面に導体層を有する誘電体基板が用いられている。また、表面には、スロットの長手方向と直行する向きにストリップ導体が形成されており、裏面には、給電に用いるスロットを除き接地導体が形成されている。さらに、このストリップ導体と平行するように形成された別のストリップ線路がスロットを中心とするように配置され、両端にパッチアンテナが接続されている。このような構造により、ストリップライン、スロット、及びパッチアンテナは、電磁結合により電磁的に接続される。

また、放射素子から放出される放射利得の低下を抑制し、より高放射利得な高周波モジュールも提供されている（特許文献２）。特許文献２に開示された高周波モジュールは、信号線路が形成された高周波線路基板と、第１の接地導体を介して積層されるとともにＴ分岐を有する電力分配線路６が形成された電力分配線路基板と、第２の接地導体を介して積層されるとともに放射素子が形成された放射素子基板と、信号線路と電力分配線路とを電磁的に接続する第１の伝送部と、放射素子と電力分配線路とを電磁的に接続する第２の伝送部とを具備する高周波回路基板であって、第２および第３の線路導体を挟んで第１の線路導体と反対側に、第２および第３の線路導体に平行に並んだ複数の接続導体を、第１および第２の接地導体を電気的に接続するように形成されたことを特徴とする。

特許第４２３６６０７号公報 特開２００６−２４５４５６号公報

江頭広三ほか，"給電系に両平面回路を用いた平面アレイアンテナ"，電子情報通信学会報告．A・P，アンテナ・伝搬101(606)，pp.41-45，2002年1月18日．

しかしながら、特許文献１に開示されたアンテナ構造においては、その重量が大きく製造コストが高くなる傾向があったことは上述した通りであり、非特許文献１に開示された平面アレイアンテナについても、誘電体基板を厚くすると、ストリップ導体とスロットとの結合が弱まってしまうという課題があった。このため誘電体基板を一定以上の厚みにすることができず、アンテナの利得を高くすることが困難となっていた。また、スロットを給電線の変わりに用いるとともに、これと直行するようにマイクロストリップラインの給電線を配置するため、アンテナを配置するのに大きな面積を要するという課題があった。

また、特許文献２に開示された高周波モジュールについても、地導体に挟まれたストリップ導体を給電回路として用いているため、給電回路の伝送損失が大きくなってしまうという課題があった。さらに、ストリップ導体により電力分配回路を形成しているため、分配回路の面積が大きくなるという課題もあった。

そこで、本発明は、製造コストや伝送損失を抑え、小型の多層伝送線路板及びアンテナモジュールを提供することを目的とする。

本発明は、マイクロ波帯域で使用される多層伝送線路板であって、第１導体層１１、第１誘電体層２１、第２導体層１２、第２誘電体層２２、第３導体層１３がこの順に積層されて多層板を構成し、前記第２導体層１２は給電線となるマイクロストリップラインを形成し、前記第３導体層１３上には１以上のパッチ導体が形成され、パッチ導体が形成された前記第３導体層１３は、前記多層板の平面を上もしくは下から見た場合に前記第２導体層と部分的に重なるように配置されたことを特徴とする。

また、前記第２導体層１２直下の第１誘電体層２１の厚みは、前記第２導体層１２直上の第２誘電体層２２の厚みよりも厚いことを特徴とする。

また、前記第２導体層１２の終端を開放端としたことを特徴とする。

また、前記第２導体層１２の終端にパッチ導体を形成したことを特徴とする。

また、前記第２導体層１２の終端は開放端であり、前記第２導体層１２の端部に最も近いパッチ導体が前記第２導体層１２と最も深く重なる位置と、前記第２導体層１２の端部との距離が略λ/４（λは電波波長である）となるよう構成されたことを特徴とする。

また、前記第２導体層１２の終端は開放端であり、前記第２導体層１２の端部に最も近いパッチ導体が前記第２導体層１２と最も深く重なる位置と、前記第２導体層１２の端部とが略一致するよう構成されたことを特徴とする。

また、マイクロ波帯域で使用される多層伝送線路板であって、第１導体層１１、第１誘電体層２１、第２導体層１２、第２誘電体層２２、第３導体層１３がこの順に積層されて多層板を構成し、前記第２導体層１２は給電線となるマイクロストリップラインを形成し、前記第３導体層１３上には１以上のパッチ導体が形成され、パッチ導体が形成された前記第３導体層１３には副給電線路が設けられ、前記多層板の平面を上もしくは下から見た場合に、前記副給電線路が前記第２導体層と部分的に重なるように配置されたことを特徴とする。

また、前記副給電線路は、Ｌ字形状であり、前記第２導体層１２と略垂直に重なる部分と前記第２導体層１２と略同方向に重なる部分とを有することを特徴とする。

また、前記パッチ導体が形成された第３導体層１３には切り込みが形成され、前記切り込みの深部から前記副給電線路を配設するよう構成されたことを特徴とする。

また、上記いずれかの多層伝送線路板を備えたアンテナモジュールであることを特徴とする。

本発明によれば、製造コストや伝送損失を抑え、小型の多層伝送線路板及びアンテナモジュールを提供することが可能となる。例えば、複雑な電力分配回路を設計することなくアレイアンテナを得ることができ、分配回線の配線パターンが不要となるため小型化を図ることができる。さらに、アンテナ部分の誘電体の厚みを厚くすることが可能となることで、高利得を実現することができる。

（Ａ）本発明の一実施形態にかかる多層伝送線路板等の斜視分解構成を説明する説明図である。（Ｂ）上記（Ａ）におけるＡ−Ａ線を通る垂直断面図である。 （Ａ）−（Ｂ）本発明の他の実施形態にかかる多層伝送線路板等における給電線路及びパッチ導体の位置関係のバリエーションを説明する説明図である。 （Ａ）−（Ｄ）本発明の他の実施形態にかかる多層伝送線路板等における給電線路及びパッチ導体の形状等のバリエーションを説明する説明図である。 （Ａ）−（Ｂ）本発明の他の実施形態にかかる多層伝送線路板等を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態にかかる多層伝送線路板等を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態にかかる多層伝送線路板等を説明する説明図である。 （Ａ）−（Ｂ）本発明の他の実施形態にかかる多層伝送線路板等を説明する説明図である。 本発明の他の実施形態にかかる多層伝送線路板等の斜視分解構成を説明する説明図である。 （Ａ）本発明の実施例１に係る多層伝送線路板等の高周波特性を測定するための測定用伝送線路板の斜視分解構成を説明する説明図である。（Ｂ）上記（Ａ）の平面構成を説明する説明図である。 （Ａ）本発明の実施例２に係る多層伝送線路板等の高周波特性を測定するための測定用伝送線路板の斜視分解構成を説明する説明図である。（Ｂ）上記（Ａ）の平面構成を説明する説明図である。 （Ａ）本発明の実施例３に係る多層伝送線路板等の高周波特性を測定するための測定用伝送線路板の斜視分解構成を説明する説明図である。（Ｂ）上記（Ａ）の平面構成を説明する説明図である。 （Ａ）本発明の実施例１〜３と比較するための比較対象例に係る多層伝送線路板等の高周波特性を測定するための測定用伝送線路板の平面構成を説明する説明図である。（Ｂ）上記（Ａ）におけるＣ−Ｃ線を通る垂直断面図である。 実施例１の測定結果を説明する説明図である。 実施例２の測定結果を説明する説明図である。 実施例３の測定結果を説明する説明図である。 比較対象例の測定結果を説明する説明図である。

本発明に係る電磁結合構造を有する多層伝送線路、及び該多層伝送線路を備えたアンテナモジュールを実施するための形態について、図面に沿って詳細に説明する。本明細書では、本発明に係る「多層伝送線路等」と記載した際には、本発明に係る多層伝送線路とこの多層伝送線路を備えたアンテナモジュールとを含むものとする。

図１（Ａ）に、本発明の一実施形態にかかる多層伝送線路板１Ａの斜視分解構成を示す。本発明に係る多層伝送線路板及びアンテナモジュールは、マイクロ波帯の高周波数帯域で使用されるものである。ここでいうマイクロ波帯の周波数帯域とは、具体的には、１０ＧＨｚ〜１００ＧＨｚの周波数帯域をいう。

図１（Ｂ）に示したように、高周波帯域用モジュールに用いる多層伝送線路板１Ａは、第１導体層１１、第１誘電体層２１、第２導体層１２、第２誘電体層２２、第３導体層１３がこの順に積層されている。

第１導体層１１は、地導体層である。第２導体層１２は、給電線路であるマイクロストリップ導体を形成している。第３導体層１３は、マイクロストリップ導体である第２導体層１２と少なくとも一部が対向する向きに設置され、第３導体層１３上にはパッチ導体４が形成されている。以下、パッチ導体４が形成された第３導体層１３を第３導体層１３（４）と記載する。

第１誘電体層２１は、第１導体層１１と第２導体層１２とを電気的に絶縁する絶縁層を構成し、第２誘電体層２２は、第２導体層１２と第３導体層１３とを電気的に絶縁する絶縁層を構成する。

上記の多層伝送線路板１Ａを実施するための具体的構成としては、第１誘電体層２１の厚みを０．０５ｍｍ以上２．０ｍｍ以下に設計することが好ましい。このような厚みとすることでパッチ導体直下の絶縁層厚みを厚くすることが可能となり、より強い放射電力を得ることができると共に、給電線路を伝わる電磁波の伝送モードを維持することができる。

また、第２誘電体層２２の厚みは、０．００２ｍｍ以上０．３ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．００３ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下となるように設計される。給電線路とパッチ導体との接続は電磁結合により接続するため、このような厚みとすることで強い結合が得られ利得を高くすることができる。

第１誘電体層２１及び第２誘電体層２２の厚みを上記の範囲となるよう設計し、かつ、第１誘電体層２１が第２誘電体層２２よりも厚くなるように構成することで、パッチ導体と給電結合との結合を強くしつつ、パッチ導体部分の絶縁層厚みを厚くすることが可能となり、アンテナの利得を高くすることができる。本発明の一実施形態にかかる多層伝送線路板は、給電線路となるマイクロストリップライン直下の誘電体の厚みが、直上の誘電体の厚みよりも厚く構成することが１つの特徴となっている。

第２導体層１２と第３導体層１３とを絶縁する第２誘電体層２２には、低誘電損失の材料を用いることができ、例えばセラミック、テフロン（登録商標）、ポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンエーテルの変性物、液晶ポリマなどの絶縁材料などを用いることができる。なお、第２誘電体層２２はガラス繊維を含んでいてもよい。また、第１導体層１１と第２導体層１２とを絶縁する第１誘電体層２１には、第２誘電体層２２と同様の材料を用いることができる。なお、第１誘電体層２１はガラス繊維を含んでいてもよい。

一方、高周波信号を流す伝送線路の伝送損失を抑制するためには、低誘電率かつ低誘電正接の配線板材料が好ましい。そこで、一例として、第１誘電体層２１及び第２誘電体層２２の材料として、低誘電正接高耐熱多層材料である両面銅張り積層板ＭＣＬ−ＦＸ−２（日立化成工業株式会社製、商品名）やプリプレグ＜prepreg＞ＧＦＡ−２（日立化成工業株式会社製、商品名）を採用することもできる。

また、第１導体層１１の第１誘電体層２１側、第２導体層１２の表面の表面粗さは、表皮効果を考慮して小さい方が好ましく、具体的な表面粗さ（十点平均粗さ；Ｒｚ）は０．１μｍ以上９μｍ以下であることが好まし、さらに好ましくは、０．１μｍ以上６μｍ以下となるように、さらに好ましくは、０．１μｍ以上３μｍ未満となるように設計される。

また、第１導体層１１及び第２導体層１２の厚みは、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１２μｍ以上５０μｍ以下となるように設計される。このような構造を得るための材料としては、一般的な多層配線板材料を用いることもでき、具体的には、セラミック系や有機系の配線板材料を用いることができる。安価な多層伝送線路板１Ａを得るためには、汎用的な多層配線板材料を用いることができる。一例として、３ＥＣ−ＶＬＰ−１２（三井金属鉱業株式会社製、商品名）等を採用することができる。

また、第３導体層１３を作製する際に用いられる銅箔に関しては、第３導体層１３の第２誘電体層２２側の表面の表面粗さは、表皮効果を考慮して小さい方が好ましく、表面粗さ（Ｒｚ）が０．１μｍ以上９μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．１μｍ以上６μｍ以下、さらに好ましくは０．１μｍ以上３μｍ未満となるように設計される。

表面粗さの小さい導体を用いることで給電線路における伝送損失を小さく抑えることが可能になり、アンテナ利得を高くすることができるという利点がある。

また、第３導体層１３の厚みは、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１２μｍ以上５０μｍ以下となるように設計される。第３導体層１３には、一例として、３ＥＣ−ＶＬＰ−１２（三井金属鉱業株式会社製、商品名）等を採用することができる。

（他の実施形態）
図１に示した多層伝送線路板１Ａでは、パッチ導体１３（４）が２つ並んで配置されているが、本発明はこれに限定されることなく、多様なパッチ導体の配置が可能である。図２に基づいて詳説する。

図２（Ａ）は、給電線路となる第２導体層１２の左側に沿って、パッチ導体１３（４）が３つ配置されている例を示す。図２（Ａ）において、各パッチ導体１３（４）は、第２導体層１２の左側との平面上の重なり部分を有し、その重なり部分の幅（長さ）Ｌは、第２導体層１２の幅をＷとしたときに、０＜Ｌ≦Ｗ／２であることが望ましく、さらに好ましくは、０＜Ｌ≦Ｗ／４となるように設計される。
このようにパッチ導体を配置することにより、給電線路との結合を維持しながらパッチ導体部分の絶縁層の厚みを大きくすることができ、利得を高くすることができる。なお、図２（Ａ）に示された３つのパッチ導体のそれぞれのＬの長さは同じである必要はなく、上記した範囲で設計可能である。

また、図２（Ｂ）に示すように、複数のパッチ導体１３（４）を第２導体層１２の左右に交互に平面上の重なり部分を有するように配置することも可能である。その重なり部分の幅（長さ）Ｌは、第２導体層１２の幅をＷとしたときに、０＜Ｌ≦Ｗ／２であることが望ましく、さらに好ましくは、０＜Ｌ≦Ｗ／４となるように設計される。なお、図２（Ｂ）に示された３つのパッチ導体のそれぞれのＬの長さも同じである必要はなく、上記した範囲で設計可能である。

また、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、パッチ導体１３（４）の形状についても多様なバリエーションを採用可能である。図３（Ａ）は、菱形のパッチ導体がそれぞれ１つの頂点を含んで第２導体層１２の左側と平面的な重なりを有するように配置されている。図３（Ｂ）は、円形のパッチ導体が第２導体層１２の左右に交互に平面的な重なりを有するように配置されている。図３（Ｃ）は、長辺と短辺とを有する矩形状のパッチ導体が第２導体層１２の左右に交互に平面的な重なりを有するように配置されている。

なお、図３（Ａ）〜（Ｃ）に採用されたパッチ導体形状は、第２導体層１２の左側（又は右側）のみに平面的な重なりを有するように配置することもできるし、第２導体層１２の左右に交互に平面的な重なりを有するように配置することもできる。

また、図３（Ｄ）に示すように、給電線路（第２導体層１２）及び３つのパッチ導体（１３（４））を包囲するようにスルーホール３を設けることもできる。図３（Ｄ）において、スルーホールは１２個設けられている。また、スルーホール３の断面形状は、図３（Ｄ）に示した円形ではなく、給電線路に沿って平行な辺を有するように設けられた矩形状のホールでもよい。この時、細長く加工した孔内には、めっきによって金属膜を形成するのが製造効率の観点から好ましいが、めっき膜の変わりに金属板等を用いることもできる。

図１〜図３に示した多層伝送線路板では、給電線路（第２導体層１２）上にパッチ導体（１３（４））それ自体が重なるように配置したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、図４（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、給電線路上にパッチ導体の本体は重ならずに、パッチ導体から配設される副給電線路を設け、この副給電線路が給電線路に平面的に重なるように設計することも可能である。

図４（Ａ）において、多層伝送線路板１Ｋ（ａ）は、給電線路（第２導体層１２）上の左右交互に３つのパッチ導体１３（４）が配置され、各パッチ導体からＬ字状に配設された副給電線路４１が給電線路（第２導体層１２）と平面的に重なっている。このとき、Ｌ字状の副給電線路４１は、図４（Ａ）に示されるように、給電線路（第２導体層１２）と略垂直に重なる部分と給電線路（第２導体層１２）と略同方向に重なる部分とを有する。

また、図４（Ｂ）に示すように、パッチ導体１３（４）上の副給電線路４２が配設される位置に切り込み５を入れて、この切り込み５の深部から副給電線路４２を配設するように設計することも可能である。図４（Ｂ）に示した多層伝送線路板１Ｋ（ｂ）に基づけば、安定した利得を期待できる多層伝送線路板を実現することができる。

また、給電線路（第２導体層１２）の終端部に終端パッチ導体を設けることも可能である。この様子を図５に基づいて説明すると、同図に示された多層伝送線路板１Ｃおいて、マイクロストリップラインとなる給電線路（第２導体層１２）の終端部に終端パッチ導体５１が設けられている。
なお、多層伝送線路板１Ｃおいては、パッチ導体１３（４）の形状として長辺と短辺とを有する矩形状のパッチ導体が第２導体層１２の左右に交互に平面的な重なりを有するように配置されているが、これに限定されるものではなく、少なくとも図３に示された多様なパッチ導体形状を採用することができる。

また、図６に示した多層伝送線路板１Ｄのように、終端パッチ導体を給電線路（第２導体層１２）の終端部に設けるのではなく、パッチ導体１３（４）と同じ層（第２誘電体層２２上）に設けることとしてもよい。図６において、パッチ導体６１は、パッチ導体１３（４）と同じ層に設けられ、平面的に見て、給電線路となるマイクロストリップラインの終端に対応する位置に配置されている。
この場合であっても、図５に示した多層伝送線路板１Ｃと同様の特性が得られる。

なお、上述した終端パッチ導体５１やパッチ導体６１を用いずに、給電線路（第２導体層１２）の端部を開放端とする場合には、図７（Ａ）に示された多層伝送線路板１Ｅ（ａ）のように、給電線路（第２導体層１２）の端部に最も近いパッチ導体が給電線路（第２導体層１２）と最も深く重なる位置と、給電線路（第２導体層１２）の端部との距離が略λ/４（λは電波波長である）となるよう設計すると好適である。或いは、図７（Ｂ）に示された多層伝送線路板１Ｅ（ｂ）のように、給電線路（第２導体層１２）の端部に最も近いパッチ導体が給電線路（第２導体層１２）と最も深く重なる位置と、給電線路（第２導体層１２）の端部とが略一致するように設計しても好適な特性が得られる。
以上、図７（Ａ）及び（Ｂ）に説明した設計を採用すると、給電線路とパッチ導体との電磁結合部分の電磁界を強くすることが可能となり、強い放射電力を得ることができるという利点がある。

また、図１〜７において説明した多層伝送線路板の導体層は３層構造であったが、本発明はこれらに限定されるものではなく、これよりも多い層構造を採用することもできる。一例として、図８に示した多層伝送線路板１Ｆは４層構造が採用されている。多層伝送線路板１Ｆが図１に示した多層伝送線路板１Ａと異なるのは、グランド層となる第１導体層１１の外側に第３誘電体層２３と第４導体層１４とが設けられている点である。
なお、図７では、第４導体層１４を地導体層としているが、他の信号を流す伝送線路を設けることもできる。このような構造とすることで高密度に配線された多層伝送線路板を得られる。

以上、図８を参照して述べた構成を採用する場合、第３誘電体層２３は、第２誘電体層２２と同じ絶縁材料を用いることが好ましく、また、第４導体層１４は、第３導体層１３（４）と同様の銅箔を用いると好適である。また、導体の厚みも第３層体層１３（４）と同様の厚みに設計することが好ましく、誘電体側の導体表面粗さも第３導体層１３（４）と同様の表面粗さに設計すると好適である。

また、図１〜８を参照して説明した多層伝送線路板を備えたアンテナモジュールを構成することが当業者の実現可能な範囲にあることは言うまでもない。

次に、本発明の実施形態にかかる多層伝送線路板等の特性を測定するための、いくつかの実施例について説明する。以下に説明する実施例１〜３では、第１導体層１１の所定の位置に給電用のスロットＳを形成している。このスロットＳの位置に合わせて導波管を接続することにより測定が可能となる。

［本発明の一実施形態にかかるデイバスの特性を測定するための実施例１］
図９（Ａ）に、本発明の一実施形態にかかる多層伝送線路板等の特性を測定するための実施例１に関わる測定用多層伝送線路板１Ｇの斜視分解構成を示す。図９（Ｂ）は、図９（Ａ）の平面透視図である。
図９（Ａ）に示される通り、多層伝送線路板１Ｇは、第１導体層１１、第１誘電体層２１、第２導体層１２、第２誘電体層２２、第３導体層１３（４）がこの順に積層されている。そして、上述したように、第１導体層１１にはスロットＳが形成され、導波管を接続しての測定が可能となっている。

また、第３導体層１３（４）は、図９（Ｂ）に示されるように、長辺と短辺とを有する矩形状の複数のパッチ導体が第２導体層１２の左右に交互に平面的な重なりを有するように配置されている。また、第２導体層１２の終端部には終端パッチ導体が設けられている。

次に、多層伝送線路板１Ｇの製造方法について説明する。
まず、誘電体層の両面に銅箔が形成された積層板（日立化成工業株式会社製、商品名ＭＣＬ−ＦＸ−２）を準備する。この積層板の厚さは０．２ｍｍであり、銅箔の厚さは１８μｍ、誘電体側の導体表面粗さは、Ｒｚ：３．０μｍである。次に、この積層体の片面をエッチング等によりパターニングして給電線路となるマイクロストリップラインと給電線路端部の終端パッチ導体とを形成し、内層回路板を作製する。

次に、厚さ１８μｍの銅箔（三井金属鉱業株式会社製、商品名３ＥＣ−ＶＬＰ−１８、粗化処理面表面粗さＲｚ：３．０μｍ）と、プリプレグ（日立化成工業株式会社製、商品名ＧＦＡ−２、厚さ５０μｍ）と、上記内層回路板とをこの順に重ねて合わせ、温度１８０℃、圧力３ＭＰａ、時間８０分の条件で積層一体化処理を施すことにより、多層板１が作製される。

次に、この多層板１に対し、銅箔をエッチング等でパターニングすることにより、内層回路板で形成した給電線路に対応する位置にパッチ導体を形成し、同時にパッチ導体を形成した面とは反対の面に給電用のスロットＳを形成した。

最後に、導波管に取り付けるための穴あけを行い、多層伝送線路板１Ｇを作製した。なお、図９では、導波管取り付け用の穴の図示は省略している。

［本発明の一実施形態にかかるデイバスの特性を測定するための実施例２］
図１０（Ａ）に、本発明の一実施形態にかかる多層伝送線路板等の特性を測定するための実施例２に関わる測定用多層伝送線路板１Ｈの斜視分解構成を示す。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の平面透視図である。
実施例２では、実施例１で用いた多層伝送線路板１Ｇの第２導体層１２の端部を開放端としてパターニングした。また、図１０（Ｂ）に示されるように、長辺と短辺とを有する矩形状のパッチ導体が第２導体層１２の左右に交互に平面的な重なりを有するように配置され、給電線路（第２導体層１２）の端部に最も近いパッチ導体が給電線路（第２導体層１２）と最も深く重なる位置と、給電線路（第２導体層１２）の端部とが略一致するように設計されている。
その他の条件は、実施例１と同様として多層伝送線路板１Ｈを作製した。
なお、図１０においても、導波管取り付け用の穴の図示は省略している。

［本発明の一実施形態にかかるデイバスの特性を測定するための実施例３］
図１１（Ａ）に、本発明の他の実施形態にかかる多層伝送線路板等の特性を測定するための実施例３に関わる測定用多層伝送線路板１Ｌの斜視分解構成を示す。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）の平面透視図である。
実施例３において、多層伝送線路板１Ｌは、給電線路（第２導体層１２）上の左右交互に８つのパッチ導体１３（４）が配置され、各パッチ導体からＬ字状に配設された副給電線路が給電線路（第２導体層１２）と平面的に重なっている。このとき、Ｌ字状の副給電線路は、図１１（Ｂ）に示されるように、給電線路（第２導体層１２）と略垂直に重なる部分と給電線路（第２導体層１２）と略同方向に重なる部分とを有する。
その他の条件は、実施例１、２と同様として多層伝送線路板１Ｌを作製した。
また、図１１においても、導波管取り付け用の穴の図示は省略している。

なお、上述した実施例１〜３における給電線路（第２導体層１２）は、それぞれ特性インピーダンス５０Ωとしたマイクロストリップラインである。

［比較対象例］
図１２（Ａ）に、比較対象となる多層伝送線路板等の特性を測定するための比較対象例に関わる測定用多層伝送線路板１Ｊを第３誘電層１２２３側から見た平面透視図を示す。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）におけるＣ−Ｃ線を通る垂直断面図である。図１２（Ｂ）において、多層伝送線路板１Ｊは、第１導体層１２１１、第１誘電体層１２２１、第２導体層１２１２、第２誘電体層１２２２、第３導体層１２１３、第３誘電体層１２２３、第４導体層１２１４がこの順に積層されている。図１２においても、導波管取り付け用の穴の図示は省略している。
図１２（Ａ）に示されるように、多層伝送線路板１Ｊは、接地導体１２１１と１２１３とに挟まれたストリップライン１２１２を用いて電力分配回路を採用した設計となっている。ストリップラインの分配部分には、地導体間を接続するスルーホール１２３１を配置した。また、ストリップラインとパッチ導体との接続にもスルーホール１２３２を用いた。

次に、多層伝送線路板１Ｊの作製方法を説明する。まず、誘電体層の両面に銅箔が形成された積層板（日立化成工業株式会社製、商品名ＭＣＬ−ＦＸ−２）を準備する。この積層板の厚さは０．１ｍｍであり、銅箔の厚さは１２μｍ、誘電体側の導体表面粗さＲｚ：３．０μｍであった。第二導体層をパターニングして電力分配回路たる伝送線路１２１２を形成し、内層回路板１を作製する。

次に、厚さ１２μｍの銅箔（三井金属鉱業株式会社製、商品名３ＥＣ−ＶＬＰ−１２、粗化処理面表面粗さＲｚ：３．０μｍ）、プリプレグ（日立化成工業株式会社製、商品名ＧＦＡ−２、厚さ１００μｍ）、上記内層回路板１の順にこれらを重ねて、温度１８０℃、圧力３ＭＰａ、時間８０分の条件で積層一体化した内層回路板２を作製する。

次に、内層回路板２をドリル加工により穴あけし、めっきにてスルーホールを形成して内層回路板３を作製する。このスルーホールが地導体層間を接続するものである。

次に、厚さ１２μｍの銅箔（三井金属鉱業株式会社製、商品名３ＥＣ−ＶＬＰ−１２、粗化処理面表面粗さＲｚ：３．０μｍ）、プリプレグ（日立化成工業株式会社製、商品名ＧＦＡ−２、厚さ１００μｍ）、上記内層回路板３の順にこれらを重ねて、温度１８０℃、圧力３ＭＰａ、時間８０分の条件で積層一体化した多層板１を作製する。

次に、多層板１にドリル加工により穴あけし、めっきにてスルーホールを形成して多層板２を作製する。

最後に、この多層板２に対し、銅箔をエッチングでパターニングすることにより、パッチ導体を形成し、同時にパッチ導体を形成した面とは反対面に給電用のスロットを形成し多層伝送線路板１Ｊを製作した。

［測定方法］
実施例１〜実施例３及び比較対象例で製作した多層伝送線路板のスロットＳに対応した位置に導波管を接続し、同軸―導波管変換器と同軸ケーブルとを介してネットワークアナライザ（アジレントテクノロジーズ社製、商品名ＨＰ８５３０Ａ）に接続した。次に、実施例１〜実施例３及び比較対象例で作製した多層伝送線路板に形成したアンテナに向けて、マイクロ波発信器（アジレントテクノロジー社製、ＨＰ８３６５Ｂ）から出力される信号を逓倍器（アジレントテクノロジー社製、Ｗ８５３２５Ａ）とホーンアンテナ（カスタムマイクロウェーブ社製、ＨＯ１０Ｒ）とを介して送信し、ネットワークアナライザで受信する電力の測定を行った。

７６ＧＨｚのおけるアンテナの利得を測定した結果を図１３〜図１６に示す。これらのグラフに示す特性はスロット部分での変換損失を含むものである。

［測定結果］
図１３は、実施例１の測定結果を示すグラフであり、図１４は、実施例２の測定結果を示すグラフであり、図１５は、実施例３の測定結果を示すグラフであり、図１６は、比較対象例の測定結果を示すグラフである。

また、正面利得（図１３〜１６に示した横軸の角度０度に対する利得値をいう。以下、同じ）をまとめて下記表１に示す。

（実施例１について）
図１３のＧ１あるいは表１に示した通り、実施例１の正面利得は９．５ｄＢｉであり、図１６のＲ１あるいは表１に示した比較対象例の６．４ｄＢｉよりも高いことが分かる。

（実施例２について）
図１４のＧ２あるいは表１に示した通り、実施例２の正面利得は１０.５ｄＢｉであり、図１６のＲ１あるいは表１に示した比較対象例の６．４ｄＢｉよりも高いことが分かる。

（実施例３について）
図１５のＧ３あるいは表１に示した通り、実施例３の正面利得は１１.４ｄＢｉであり、図１６のＲ１あるいは表１に示した比較対象例の６．４ｄＢｉよりも高いことが分かる。

以上の結果から、本発明に係る本発明に係る多層伝送線路板等は、従来構造の伝送線路板等よりも高い利得を得られることが分かる。

また、今回の実施例１から実施例３及び比較対象例の給電線路を含むアンテナの面積を測定した。この結果をまとめて表２に示す。面積比率は比較対象例を１００％とした。

表２の結果から、実施例１から実施例３は、従来構造である比較対象例と比べて小さい面積でアンテナを設計できることが分かる。

以上説明した通り、本発明に係る多層伝送線路板等によれば、一般的な多層伝送線路板の製造工程で製作が可能あり安価な小型アンテナ、この小型アンテナ構造を有する多層伝送線路板を提供することが可能となる。

１Ａ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ（ａ）、１Ｅ（ｂ）、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｊ、１Ｋ（ａ）、１Ｋ（ｂ）、１Ｌ 多層伝送線路板
１１ 第１導体層
１２ 第２導体層
１３ 第３導体層
１４ 第４導体層
２１ 第１誘電体層
２２ 第２誘電体層
２３ 第３誘電体層
３ スルーホール
４ パッチ導体
５１ 終端パッチ導体
Ｓ スロット

Claims (10)

1. マイクロ波帯域で使用される多層伝送線路板であって、
   第１導体層１１、第１誘電体層２１、第２導体層１２、第２誘電体層２２、第３導体層１３がこの順に積層されて多層板を構成し、
   前記第２導体層１２は給電線となるマイクロストリップラインを形成し、
   前記第３導体層１３上には１以上のパッチ導体が形成され、
   パッチ導体が形成された前記第３導体層１３は、前記多層板の平面を上もしくは下から見た場合に前記第２導体層と部分的に重なるように配置された
   ことを特徴とする多層伝送線路板。
2. 前記第２導体層１２直下の第１誘電体層２１の厚みは、前記第２導体層１２直上の第２誘電体層２２の厚みよりも厚いことを特徴とする請求項１に記載の多層伝送線路板。
3. 前記第２導体層１２の終端を開放端としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の多層伝送線路板。
4. 前記第２導体層１２の終端にパッチ導体を形成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の多層伝送線路板。
5. 前記第２導体層１２の終端は開放端であり、前記第２導体層１２の端部に最も近いパッチ導体が前記第２導体層１２と最も深く重なる位置と、前記第２導体層１２の端部との距離が略λ/４（λは電波波長である）となるよう構成されたことを特徴とする請求項３に記載の多層伝送線路板。
6. 前記第２導体層１２の終端は開放端であり、前記第２導体層１２の端部に最も近いパッチ導体が前記第２導体層１２と最も深く重なる位置と、前記第２導体層１２の端部とが略一致するよう構成されたことを特徴とする請求項３に記載の多層伝送線路板。
7. マイクロ波帯域で使用される多層伝送線路板であって、
   第１導体層１１、第１誘電体層２１、第２導体層１２、第２誘電体層２２、第３導体層１３がこの順に積層されて多層板を構成し、
   前記第２導体層１２は給電線となるマイクロストリップラインを形成し、
   前記第３導体層１３上には１以上のパッチ導体が形成され、
   パッチ導体が形成された前記第３導体層１３には副給電線路が設けられ、
   前記多層板の平面を上もしくは下から見た場合に、前記副給電線路が前記第２導体層と部分的に重なるように配置された
   ことを特徴とする多層伝送線路板。
8. 前記副給電線路は、Ｌ字形状であり、前記第２導体層１２と略垂直に重なる部分と前記第２導体層１２と略同方向に重なる部分とを有することを特徴とする請求項７に記載の多層伝送線路板。
9. 前記パッチ導体が形成された第３導体層１３には切り込みが形成され、前記切り込みの深部から前記副給電線路を配設するよう構成されたことを特徴とする請求項７又は８に記載の多層伝送線路板。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の多層伝送線路板を備えたアンテナモジュール。

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