JP2015171108A - パッチアンテナ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】パッチアンテナは、第1の絶縁層上に形成されかつ第1及び第2の給電部を有するパッチと、第1の給電部に結合されかつ第1の絶縁層を貫通して形成された第1の上位ビアと、第1の上位ビアに結合されかつ第1の絶縁層より下位に位置する第2の絶縁層を貫通して形成された第1の下位ビアと、第2の給電部に結合されかつ第1の絶縁層を貫通して形成された第2の上位ビアと、第2の絶縁層を貫通して形成された第2の下位ビアと、第2の上位ビアと第2の下位ビアとを結合するように、第1及び第2の絶縁層の間に延びる伝送線路と、第1の貫通部及び第2の貫通部を有するグランドであって、第1の貫通部において第1の下位ビアとグランドの導電部との間に絶縁部が介在し、第2の貫通部において第2の下位ビアとグランドの導電部との間に絶縁部が介在しているグランドとを有する。
【選択図】図1
Description
第1の絶縁層上に形成され、第1及び第2の給電部を有するパッチと、
前記第1の給電部に結合され、前記第1の絶縁層を貫通して形成された第1の上位ビアと、
前記第1の上位ビアに結合され、前記第1の絶縁層より下位に位置する第2の絶縁層を貫通して形成された第1の下位ビアと、
前記第2の給電部に結合され、前記第1の絶縁層を貫通して形成された第2の上位ビアと、
前記第2の絶縁層を貫通して形成された第2の下位ビアと、
前記第2の上位ビアと前記第2の下位ビアとを結合するように、前記第1及び第2の絶縁層の間に延びる伝送線路と、
第1の貫通部及び第2の貫通部を有するグランドであって、前記第1の貫通部において前記第1の下位ビアと前記グランドの導電部との間に絶縁部が介在し、前記第2の貫通部において前記第2の下位ビアと前記グランドの導電部との間に絶縁部が介在しているグランドと
を有するパッチアンテナである。
1.1 構造
1.2 動作
2.変形例
2.1 線路の種類に関する変形例
2.2 給電線路の延長方向に関する変形例
2.3 ビアに関する変形例
2.4 アレイアンテナに関する変形例
3.実施の形態による効果
以下の説明における項目の区分けは実施の形態に本質的ではなく、2つ以上の項目に記載された事項が必要に応じて組み合わせて使用されてよいし、ある項目に記載された事項が、別の項目に記載された事項に(矛盾しない限り)適用されてよい。
実施の形態で使用されるパッチアンテナを構造及び動作の観点から説明する。
図1は実施の形態で使用されるパッチアンテナ100の斜視図を示す。パッチアンテナは平面アンテナと言及されてもよい。図2は図1に示すパッチアンテナ100をx軸(y=0及びz=0)の方向から眺めた場合の層構造を示す。パッチアンテナ100は、第1の絶縁層10上のパッチ1と、第2の絶縁層20の下位にあるグランドGNDと、パッチ1及びグランドGNDの間における給電及び受電のための構造とを少なくとも有する。第1の絶縁層10及び第2の絶縁層20は図2には示されているが、図示の簡明化のため、図1には描かれていない。図2に示されているように、パッチアンテナ100は1つ以上の導電層と1つ以上の絶縁層とを含む多層構造を有する。導電層及び絶縁層の数は適切な如何なる数であってもよい。
送信の場合、不図示の送受信回路は第1の下位ビア21に第1の高周波信号を与える。第1の高周波信号は第1の下位ビア21、第1の伝送線路M1、及び第1の上位ビア11を経て第1の給電部P1に至る。また、不図示の送受信回路は第2の下位ビア22に第2の高周波信号を与える。第2の高周波信号は第2の下位ビア22、第2の伝送線路M2、及び第2の上位ビア12を経て第2の給電部P2に至る。第1、第2の給電部P1、P2に与えられた第1、第2の高周波信号はパッチ1に流れ、グランドGND等との相互作用により、z軸プラス方向に電波が放射される。第1及び第2の高周波信号は位相が約90度だけ異なっているので、z軸プラス方向に放射される電波は円偏波である。例えば、電波の周波数は約36GHzである。
<<2.1 線路の種類に関する変形例>>
図1、図2、図3に示す第1、第2の下位ビア21、22は第1、第2の高周波信号を伝送する。第1、第2の高周波信号は不図示の送受信回路との間で何らかの伝送路を介して送受信される。適切な如何なる伝送路がパッチアンテナに使用されてよい。例えば、(A)ストリップ線路又はストリップライン、(B)コプレーナ線路又はコプレーナライン、(C)マイクロストリップ線路又はマイクロストリップライン、(D)同軸線路又は同軸ケーブル等を利用した伝送路が使用されてもよい。
図4、図5、図6は、伝送路PAがストリップ線路又はストリップラインにより形成されている例を示す。図4は伝送路PAを有するパッチアンテナ400をx軸(y=0及びz=0)の方向から眺めた場合の層構造を示す。図4に示すように、パッチアンテナ400は、図2に示す例と同様に、パッチ1、第1の上位ビア11、第1の下位ビア21、第1の伝送線路M1、第2の上位ビア12、第2の下位ビア22、第2の伝送線路M2、第1の絶縁層10、第2の絶縁層20及びグランドGND1を少なくとも有する。図5(A)-(B)、図6(A)-(C)は図4に示す多層構造のうち導電層のパターンを示す。図5(A)-(B)は図3(A)-(B)と同様な導電層のパターンを示す。図6(A)-(C)は、図4に示す伝送路PAに関する導電層のパターンを示す。
<<2.1B コプレーナ線路>>
図7、図8、図9は、伝送路PBがコプレーナ線路又はコプレーナラインにより形成されている例を示す。図7は伝送路PBを有するパッチアンテナ700をx軸(y=0及びz=0)の方向から眺めた場合の層構造を示す。図7に示すように、パッチアンテナ700は、図2に示す例と同様に、パッチ1、第1の上位ビア11、第1の下位ビア21、第1の伝送線路M1、第2の上位ビア12、第2の下位ビア22、第2の伝送線路M2、第1の絶縁層10、第2の絶縁層20及びグランドGND1を少なくとも有する。図8(A)-(B)、図9(A)-(B)は図7に示す多層構造のうち導電層のパターンを示す。図8(A)-(B)は図3(A)-(B)と同様な導電層のパターンを示す。図9(A)-(B)は、図7に示す伝送路PBに関する導電層のパターンを示す。
図11、図12、図13は、伝送路PCがマイクロストリップ線路又はマイクロストリップラインにより形成されている例を示す。図11は伝送路PCを有するパッチアンテナ1100をx軸(y=0及びz=0)の方向から眺めた場合の層構造を示す。図11に示すように、パッチアンテナ1100は、図2に示す例と同様に、パッチ1、第1の上位ビア11、第1の下位ビア21、第1の伝送線路M1、第2の上位ビア12、第2の下位ビア22、第2の伝送線路M2、第1の絶縁層10、及び第2の絶縁層20を有する。図12(A)-(B)、図13(A)-(B)は図11に示す多層構造のうち導電層のパターンを示す。図12(A)-(B)は図3(A)-(B)と同様な導電層のパターンを示す。図13(A)-(B)は、図11に示す伝送路PCに関する導電層のパターンを示す。
図14は、伝送路PDが同軸線路又は同軸ケーブルにより形成されている例を示す。図14は伝送路PDを有するパッチアンテナ1400をx軸(y=0及びz=0)の方向から眺めた場合の層構造を示す。図14に示すように、パッチアンテナ1400は、図2に示す例と同様に、パッチ1、第1の上位ビア11、第1の下位ビア21、第1の伝送線路M1、第2の上位ビア12、第2の下位ビア22、第2の伝送線路M2、第1の絶縁層10、第2の絶縁層20及びグランドGNDを少なくとも有する。
図3(A)を参照しながら説明したように、原点OG及び第1の給電部P1を通る直線と原点OG及び第2の給電部P2を通る直線とが実質的に直交することが好ましい。しかしながら、第1の伝送線路M1(図3(B)等)及び第2の伝送線路M2(図3(B)等)については、直交する2直線上に位置していてもいなくてもよい。第1の給電線路(41、91、111、141等)及び第2の給電線路(42、92、112、142等)についても、直交する2直線上に位置していてもいなくてもよい。第1の下位ビア21と第2の下位ビア22との間の距離を、第1の上位ビア11と第2の上位ビア12との間の距離より長くする等の観点からは、直交する位置関係に限定されないからである。
図19は、図1に示すパッチアンテナ100をy=xの直線の方向から眺めた場合の層構造を示す。従って、図19及び図2は同じパッチアンテナ100を異なる角度から眺めた様子を示す。図1等を参照しながら説明したように、x軸に沿って第1の伝送線路M1が形成され、y軸に沿って第2の伝送線路M2が形成されている。第1の下位ビア21と第2の下位ビア22との間の距離が、第1の上位ビア11と第2の上位ビア12との間の距離より長いことは、第1、第2の給電部P1、P2を介して流れる信号の干渉を効果的に軽減できる等の観点から好ましい。しかしながら、第1、第2の伝送線路M1、M2の双方が長く延びていることは必須ではない。例えば、第1、第2の給電部P1、P2を介して流れる信号の干渉を許容範囲内に抑制する等の観点からは、第1、第2の伝送線路M1、M2のうち一方が省略されてもよい。
図1ないし図23を参照しながら説明したパッチアンテナは、単独で使用されてもよいし、複数個組み合わせて使用されてもよい。例えば、複数のパッチアンテナが(n行m列の)行列形式に並べられているアレイアンテナが形成されてもよい。ただし、n、mは自然数である。図24では方形配列の例が示されているが、アレイアンテナは方形配列に限定されず、適切な如何なる配列が使用されてよい。例えば、複数のパッチを等間隔又は不等間隔に並べた構造、パッチの所定の配列を周期的に反復した構造、パッチを千鳥配列に並べた構造等のような平面的な構造や、コンフォーマルアレイアンテナのような立体的な構造等が、アレイアンテナに使用されてもよい。
図1に示すようなパッチアンテナについて、シミュレーションが行われた。シミュレーションでは、反射特性、利得、アイソレーション及び軸比の各々についての周波数依存性が計算された。
(付記1)
前記第1の給電部に結合され、前記第1の絶縁層を貫通して形成された第1の上位ビア第1の絶縁層上に形成され、第1及び第2の給電部を有するパッチと、
と、
前記第1の上位ビアに結合され、前記第1の絶縁層より下位に位置する第2の絶縁層を貫通して形成された第1の下位ビアと、
前記第2の給電部に結合され、前記第1の絶縁層を貫通して形成された第2の上位ビアと、
前記第2の絶縁層を貫通して形成された第2の下位ビアと、
前記第2の上位ビアと前記第2の下位ビアとを結合するように、前記第1及び第2の絶縁層の間に延びる伝送線路と、
第1の貫通部及び第2の貫通部を有するグランドであって、前記第1の貫通部において前記第1の下位ビアと前記グランドの導電部との間に絶縁部が介在し、前記第2の貫通部において前記第2の下位ビアと前記グランドの導電部との間に絶縁部が介在しているグランドと
を有するパッチアンテナ。
(付記2)
前記第1の下位ビアと前記第2の下位ビアとの間の距離は、前記第1の上位ビアと前記第2の上位ビアとの間の距離より長い、付記1に記載のパッチアンテナ。
(付記3)
前記伝送線路は、送受信される円偏波の波長の0.012倍ないし1.2倍の範囲内の長さを有する、付記1又は2に記載のパッチアンテナ。
(付記4)
前記伝送線路が第2の伝送線路であり、当該パッチアンテナが、前記第1の上位ビアと前記第1の下位ビアとを結合するように、前記第1及び第2の絶縁層の間に延びる第1の伝送線路を有する、付記1から3の何れか1項に記載のパッチアンテナ。
(付記5)
前記第1の伝送線路及び前記第2の伝送線路が、直交する直線に沿って設けられている、付記4に記載のパッチアンテナ。
(付記6)
前記第1の伝送線路及び前記第2の伝送線路が、平行な直線に沿って設けられている、付記4に記載のパッチアンテナ。
(付記7)
前記第1の給電部を通じて送受信する第1の信号を流すように前記第1の下位ビアに結合された第1の給電線路と、
前記第2の給電部を通じて送受信する第2の信号を流すように前記第2の下位ビアに結合された第2の給電線路と
を有する付記1から6の何れか1項に記載のパッチアンテナ。
(付記8)
前記第1の給電線路及び前記第2の給電線路が、ストリップ線路、コプレーナ線路、マイクロストリップ線路又は同軸線路により形成されている、付記7に記載のパッチアンテナ。
(付記9)
付記1から8の何れか1項に記載のパッチアンテナが行列形式に複数個並べられているアレイアンテナ。
(付記10)
前記第1及び第2の絶縁層が低温同時焼成セラミックス基板を形成している、付記1から9の何れか1項に記載のパッチアンテナ。
1 パッチ
11、12 第1、第2の上位ビア
12、22 第1、第2の下位ビア
M1、M2 第1、第2の伝送線路
10、20 第1、第2の絶縁層
H1、H2 第1、第2の貫通部
Claims (6)
- 第1の絶縁層上に形成され、第1及び第2の給電部を有するパッチと、
前記第1の給電部に結合され、前記第1の絶縁層を貫通して形成された第1の上位ビアと、
前記第1の上位ビアに結合され、前記第1の絶縁層より下位に位置する第2の絶縁層を貫通して形成された第1の下位ビアと、
前記第2の給電部に結合され、前記第1の絶縁層を貫通して形成された第2の上位ビアと、
前記第2の絶縁層を介して形成された第2の下位ビアと、
前記第2の上位ビアと前記第2の下位ビアとを結合するように、前記第1及び第2の絶縁層の間に延びる伝送線路と、
第1の貫通部及び第2の貫通部を有するグランドであって、前記第1の貫通部において前記第1の下位ビアと前記グランドの導電部との間に絶縁部が介在し、前記第2の貫通部において前記第2の下位ビアと前記グランドの導電部との間に絶縁部が介在しているグランドと
を有するパッチアンテナ。 - 前記第1の下位ビアと前記第2の下位ビアとの間の距離は、前記第1の上位ビアと前記第2の上位ビアとの間の距離より長い、請求項1に記載のパッチアンテナ。
- 前記伝送線路が第2の伝送線路であり、当該パッチアンテナが、前記第1の上位ビアと前記第1の下位ビアとを結合するように、前記第1及び第2の絶縁層の間に延びる第1の伝送線路を有する、請求項1又は2に記載のパッチアンテナ。
- 前記第1の伝送線路及び前記第2の伝送線路が、直交する直線に沿って設けられている、請求項3に記載のパッチアンテナ。
- 前記第1の伝送線路及び前記第2の伝送線路が、平行な直線に沿って設けられている、請求項3に記載のパッチアンテナ。
- 前記第1の給電部を通じて送受信する第1の信号を流すように前記第1の下位ビアに結合された第1の給電線路と、
前記第2の給電部を通じて送受信する第2の信号を流すように前記第2の下位ビアに結合された第2の給電線路と
を有する請求項1から4の何れか1項に記載のパッチアンテナ。
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- 2014-03-10 JP JP2014046938A patent/JP2015171108A/ja active Pending
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