JP2017098850A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】構造の簡略化及び無線通信の高品質化がなされたアンテナ装置を提供する。【解決手段】アンテナ装置は、一面にマトリックス状に整列した複数のアンテナ素子を有するアンテナ素子層と、複数のアンテナ用給電線を有する第１トリプレート線路と、複数の外部接続用給電線を有する第２トリプレート線路と、を備え、前記アンテナ素子と前記アンテナ用給電線は、第１ビア配線により接続され、前記アンテナ用給電線と前記外部接続用給電線は、第２ビア配線により接続され、前記第２ビア配線の側方には、前記第２ビア配線を挟むように離間して配される第１側面短絡ピンを有し、前記第１側面短絡ピンは、前記第１接地層、前記第２接地層及び前記第３接地層を電気的に短絡する。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信サービス等に用いられるアンテナ装置に関する。

携帯電話等の無線通信サービスを確立する上で基地局等に採用されているアレイアンテナは、多くの場合垂直面内指向性におけるチルト角を調整することでサービスエリアを最適化している。このようにアンテナには、偏波共用機能が求められており、偏波共用平面アレイアンテナにも高い注目が集まっている。

例えば、非特許文献１の図１（Ｉ）には、偏波共用アンテナの構造の一例が記載されている。この偏波共用アンテナは、水平偏波を受信するためのアンテナと垂直偏波を受信するためのアンテナがスロット素子を介して積層されている。

塚本活也、新井宏之、電子情報通信学会論文誌、’９６／８ Ｖｏｌ．Ｊ７９−Ｂ−ＩＩ Ｎｏ．８、ｐ．４７６−４８５。

しかしながら、水平偏波を受信するためのアンテナと垂直偏波を受信するためのアンテナをそれぞれ別の層とすると、積層する層の数が多くなり、アンテナ装置全体の構成が煩雑になるという問題がある。その結果、アンテナ装置の製造コスト及びアンテナ装置を設置する場所を確保するための設置コスト等が増大するという問題がある。

特に、多くのアンテナ素子がマトリックス配置で配列したアンテナ装置においては、異なる偏波の配線同士が交差し混線しないように、垂直偏波と水平偏波の層を分けて作製される。

ブロック給電方式を用いて垂直偏波用の給電線と水平偏波用の給電線を同一平面上に配置することもできるが、積層方向に配線を引き回す際にトリプレート特性を維持することができないという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、構造の簡略化及び無線通信の高品質化がなされたアンテナ装置を提供することにある。

本発明の一態様に係るアンテナ素子は、第１接地層と、前記第１接地層の一面にマトリックス状に整列した複数のアンテナ素子とを有するアンテナ素子層と、前記第１接地層の前記アンテナ素子が形成された面と反対側に離間して配された複数のアンテナ用給電線と、前記複数のアンテナ用給電線を前記第１接地層と互いの間に挟むように離間して配される第２接地層とを有する第１トリプレート線路と、前記第２接地層の前記第１接地層と反対側に離間して配された複数の外部接続用給電線と、前記複数の外部接続用給電線を前記第２接地層と互いの間に挟むように離間して配される第３接地層とを有する第２トリプレート線路と、を備え、前記アンテナ素子と前記アンテナ用給電線は、第１ビア配線により接続され、前記アンテナ用給電線と前記外部接続用給電線は、第２ビア配線により接続され、前記第２ビア配線の側方には、前記第２ビア配線を挟むように離間して配され、前記第１接地層、前記第２接地層及び前記第３接地層を電気的に短絡する第１側面短絡ピンを有する。

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、平面視で前記第２ビア配線及び前記第１側面短絡ピンを囲む矩形の短絡支持体設置領域内に設けられ、前記第１接地層と前記第２接地層とを電気的に短絡する第１周囲短絡支持体をさらに備えてもよい。

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第１周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の４つの角の内、前記アンテナ用給電線が第２ビア配線から延在する方向と反対側の２つの角に配された短絡ピンであってもよい。

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第１周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の４つの辺の内、前記アンテナ用給電線が第２ビア配線から延在する方向と反対側の辺に沿って配された短絡支持板であってもよい。

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第２接地層と前記第３接地層とを電気的に短絡し、平面視で前記第２ビア配線及び前記第１側面短絡ピンを囲む矩形の短絡支持体設置領域内に設けられた第２周囲短絡支持体をさらに備えてもよい。

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第２周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の４つの角の内、前記外部接続用給電線が第２ビア配線から延在する方向と反対側の２つの角に配された短絡ピンであってもよい。

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第２周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の４つの辺の内、前記外部接続用給電線が第２ビア配線から延在する方向と反対側の辺に沿って配された短絡支持板であってもよい。

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第１周囲短絡支持体と前記第２周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の４つの角のそれぞれに配され、一体化した４本の周囲短絡ピンを形成してもよい。

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第１ビア配線の側方に前記第１ビア配線を挟むように離間して配され、前記第１接地層と前記第２接地層とを電気的に短絡する第２側面短絡ピンをさらに有してもよい。

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置における前記第２トリプレート線路において、前記外部接続用給電線に前記第３接地層を貫通して給電する第３ビア配線を有し、前記第２接地層と前記第３接地層とを電気的に短絡し、前記第３ビア配線から前記外部接続用給電線の延在する方向に対して直交する方向に配される第３側面短絡ピンをさらに有してもよい。

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第２接地層と前記第３接地層とを電気的に短絡し、平面視で前記第３ビア配線及び前記第３側面短絡ピンを囲む矩形の第２の短絡支持体設置領域内に設けられた第３周囲短絡支持体をさらに備えてもよい。

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第３周囲短絡支持体が、前記第２の短絡支持体設置領域の４つの辺の内、前記外部接続用給電線が第３ビア配線から延在する方向と反対側の辺に沿って配されてもよい。

また、本発明の一態様に係るアンテナ装置において、前記第１ビア配線、前記第２ビア配線及び前記第３ビア配線のそれぞれが円筒状であってもよい。

本発明の一態様に係るアンテナ装置によれば、構造の簡略化及び無線通信の高品質化がなされたアンテナ装置を提供することができる。

本発明の第１の実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す斜視図である。 本発明の一態様に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子層の斜視図である。 本発明の一態様に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子層の側面図である。 本発明の一態様に係るアンテナ装置における第１トリプレート線路の斜視図である。 図４におけるＡ−Ａ面で本発明の一態様に係るアンテナ装置を切断した断面であり、アンテナ素子層及び第１トリプレート線路の間を拡大した模式図である。 本発明の一態様に係るアンテナ装置における第２トリプレート線路の斜視図である。 図６におけるＢ−Ｂ面で本発明の一態様に係るアンテナ装置を切断した断面であり、第１トリプレート線路及び第２トリプレート線路の間を拡大した模式図である。 本発明の一態様に係るアンテナ装置全体の断面模式図である。 本発明の一態様に係るアンテナ装置における第２ビア配線の近傍を拡大した斜視図である。 本発明の一態様に係るアンテナ装置における第２ビア配線の近傍を拡大した斜視図であり、第２ビア配線、第１側面短絡ピン、短絡支持体設置領域及び周囲短絡支持体の大きさ及び位置関係を示す図である。 本発明の一態様に係るアンテナ装置における第３ビア配線の近傍を拡大した斜視図である。 実施例１のＳパラメータ特性を測定した際の第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。 実施例２のＳパラメータ特性を測定した際の第１側面短絡ピンの配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。 実施例３のＳパラメータ特性を測定した際の第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。 実施例４のＳパラメータ特性を測定した際の第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。 実施例５のＳパラメータ特性を測定した際の周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。 実施例６のＳパラメータ特性を測定した際の第３側面短絡ピン及び第３周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。 実施例７のＳパラメータ特性を測定した際の第３周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。 実施例８のＳパラメータ特性を測定した際の第３側面短絡ピンの配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。 実施例９のＳパラメータ特性を測定した際の第３配線ビアの周囲を模式的に示した模式図と、Ｓパラメータ特性を示す。

＜第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るアンテナ装置の構造を示す斜視図である。この図において、アンテナ装置１を構成するアンテナ素子層１０、第１トリプレート線路２０、第２トリプレート線路３０のそれぞれは、理解を容易にするために離して図示している。

図１に示すように、本発明の一態様に係るアンテナ装置１は、アンテナ素子層１０と、第１トリプレート線路２０と、第２トリプレート線路３０とを有する。アンテナ素子層１０と第１トリプレート線路２０とは、第１ビア配線４０（図３、図５参照）により接続され、第１トリプレート線路２０と第２トリプレート線路３０とは、第２ビア配線５０（図５、図７参照）により接続されている。

以下、アンテナ素子層１０、第１トリプレート線路２０及び第２トリプレート線路３０の積層方向をｚ方向とし、ｚ方向と垂直な面をｘｙ平面とする。ｘｙ平面においては、アンテナ素子層１０、第１トリプレート線路２０及び第２トリプレート線路３０の一辺と平行な面をｘ方向とし、ｘ方向及びｚ方向と直交する方向をｙ方向とする。

（アンテナ素子層）
図２は、本発明の一態様に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子層の斜視図である。また、図３は、本発明の一態様に係るアンテナ装置におけるアンテナ素子層の側面図である。図２に示すように、アンテナ素子層１０は、第１接地層１１と、第１接地層１１の一面１１ａに配設された複数のアンテナ素子１２とを有する。図２において複数のアンテナ素子１２は、ｘ方向とｙ方向のそれぞれに４個ずつ整列した１６個のアンテナ素子１２からなり、４×４のマトリックスを形成している。

第１接地層１１はプレート状の導体からなり、アンテナ素子１２は矩形状の導体片である。アンテナ素子１２は、後述する第１ビア配線４０によって電気的にアンテナ用給電線２２と接続されている。図２に示すように、アンテナ素子１２と平面視重なる位置には、パッチアンテナ１３を有してもよい。パッチアンテナ１３は、導体のプレートからなる。パッチアンテナ１３は、絶縁性を有する支持部１４によりアンテナ素子１２から離間して配置されている。パッチアンテナ１３を有すると、アンテナ装置１が使用する周波数帯域を規制（調整）することができる。アンテナ装置１が使用する周波数帯域によっては、必ずしも必要なものではない。

（第１トリプレート線路）
図４は、本発明の一態様に係るアンテナ装置における第１トリプレート線路の斜視図である。図５は、図４におけるＡ−Ａ面で本発明の一態様に係るアンテナ装置を切断した断面であり、アンテナ素子層及び第１トリプレート線路の間を拡大した模式図である。

第１トリプレート線路２０は、第２接地層２１と、複数のアンテナ用給電線２２を有する。複数のアンテナ用給電線２２は、アンテナ素子層１０における第１接地層１１と第２接地層２１との間に挟まれるように、それぞれから離間して配される。第２接地層２１はプレート状の導体からなり、アンテナ用給電線２２は平線状の導体からなる。すなわち、第１接地層１１及び第２接地層２１と、アンテナ用給電線２２とは、２つのグランド層の間に伝送用の給電線が配設されたトリプレート線路を構成している。

アンテナ用給電線２２のそれぞれは、所定の分岐構造を有する。アンテナ用給電線２２は、後述する第２トリプレート線路３０を伝送した高周波信号を給電部２２ａで受け取り、所定の分岐構造に沿って高周波信号を分岐しつつ、伝送部２２ｂから各アンテナ素子１２へ伝送する。

また、アンテナ用給電線２２には、複数の支持部２３を有していてもよい。支持部２３を用いると、アンテナ用給電線２２をより安定的に、第１接地層１１と第２接地層２１との間に離間して支持できる。支持部２３は、高周波信号の伝送を阻害しない材料からなることが好ましく、例えばテフロン（登録商標）等を用いることができる。

（第２トリプレート線路）
図６は、本発明の一態様に係るアンテナ装置における第２トリプレート線路の斜視図である。図７は、図６におけるＢ−Ｂ面で本発明の一態様に係るアンテナ装置を切断した断面であり、第１トリプレート線路及び第２トリプレート線路の間を拡大した模式図である。

第２トリプレート線路３０は、第３接地層３１と、複数の外部接続用給電線３２を有する。複数の外部接続用給電線３２は、第１トリプレート線路２０における第２接地層２１と第３接地層３１との間に挟まれるように、それぞれから離間して配される。第３接地層３１はプレート状の導体からなり、外部接続用給電線３２は平線状の導体からなる。すなわち、第２接地層２１及び第３接地層３１と、外部接続用給電線３２とは、２つのグランド層の間に伝送用の給電線が配設されたトリプレート線路を構成している。

外部接続用給電線３２のそれぞれは、所定の分岐構造を有して分配器をなしている。外部接続用給電線３２は、給電部３２ａから供給された高周波信号を、所定の分岐構造に沿って分岐しつつ、伝送部３２ｂへ伝送する。外部接続用給電線３２の給電部３２ａからアンテナ用給電線２２の各伝送部２２ｂまでの伝送距離は等しくなっており、回路全体で同相の高周波信号を伝送する。

また、外部接続用給電線３２には、複数の支持部３３を有していてもよい。支持部３３を用いると、外部接続用給電線３２をより安定的に、第２接地層２１と第３接地層３１との間に離間して支持できる。支持部３３は、高周波信号の伝送を阻害しない材料からなることが好ましく、例えばテフロン（登録商標）等を用いることができる。

（ビア配線）
ここまでアンテナ装置１の各層の構成について説明した。次いで、高周波信号を各層間に伝送する構成について説明する。図８は、本発明の一態様に係るアンテナ装置全体の断面模式図である。上述の図５、図７が積層されたものに対応する。

図８に示すように、各層間は第１接地層１１、第２接地層２１及び第３接地層３１に設けられた貫通孔を貫くビア配線によって接続されている。第１接地層１１を貫くビア配線を第１ビア配線４０、第２接地層２１を貫くビア配線を第２ビア配線５０、第３接地層３１を貫くビア配線を第３ビア配線６０という。
第１ビア配線４０は、アンテナ素子１２とアンテナ用給電線２２とを接続する。第２ビア配線５０は、アンテナ用給電線２２と外部接続用給電線３２とを接続する。第３ビア配線６０は、外部接続用給電線３２と外部に設けられた接続端子７０とを接続する。各ビア配線は導体からなり、高周波信号を伝送することができる。

図９は、本発明の一態様に係るアンテナ装置における第２ビア配線の近傍を拡大した斜視図である。図９に示すように第２ビア配線５０は、第２接地層２１に設けられた開口部２１Ａを貫き、第２接地層２１の下層（−ｚ方向）に位置する外部接続用給電線３２と、第２接地層２１の上層（＋ｚ方向）に位置するアンテナ用給電線２２を接続する。開口部２１Ａの形状（角穴、丸穴等）は特に問わない。

第２ビア配線５０の形状は、特に限定するものではないが円筒状であることが好ましい。第２ビア配線５０の形状を内部に溝を有する円筒状とすると、アンテナ用給電線２２及び外部接続用給電線３２を挟んでネジ止めすることで、容易にアンテナ用給電線２２と外部接続用給電線３２の電気的な接続を得ることができる。第１ビア配線４０、第３ビア配線６０についても同様の形状とすることが好ましい。

また、図９に示すように第２ビア配線５０の側方には、第１側面短絡ピン５１が形成されている。ここで「側方」とは、第２ビア配線５０に対して接続されるアンテナ用給電線２２及び外部接続用給電線３２の延在方向に対して垂直な方向を意味する。第１側面短絡ピン５１はｚ方向に延在し、第１接地層１１、第２接地層２１及び第３接地層３１に接続される。第１側面短絡ピン５１は導体からなるため、第１側面短絡ピン５１は第１接地層１１、第２接地層２１及び第３接地層３１と等電位になる。すなわち、第１側面短絡ピン５１はグランド線として機能する。

つまり、第１側面短絡ピン５１と第２ビア配線５０とは、２つのグランド線の間に伝送用の給電線が配設された、ｚ方向に伸びるトリプレート線路を構成している。したがって、各層の積層方向（ｚ方向）に高周波信号が伝送される際の伝送損失を抑制し、雑音耐性を高めることができる。

また、平面視で第２ビア配線５０及び第１側面短絡ピン５１を囲む矩形の短絡支持体設置領域Ｒ１には、周囲短絡支持体５２を有することが好ましい。周囲短絡支持体５２は、図９に示すように短絡ピンからなってもよいし、各層間を接続する支持板であってもよい。
周囲短絡支持体５２を有すると、各層の積層方向に高周波信号が伝送される際に、不良モード等の発生をより抑制することができる。すなわち、伝送損失をより抑制でき、雑音耐性もより向上する。

周囲短絡支持体５２は、第１接地層１１と第２接地層２１とを短絡させる第１周囲短絡支持体５３と、第２接地層２１と第３接地層３１とを短絡させる第２周囲短絡支持体５４と、に分けられる。第１周囲短絡支持体５３と第２周囲短絡支持体５４とは図９に示すように一体化されていてもよいし、それぞれ短絡支持体設置領域Ｒ１内の異なる位置に設けてもよい。構造の簡略化という観点からは、一体化していることが好ましい。

周囲短絡支持体５２は、第２ビア配線５０に対して対称な位置に設けられていることが好ましい。例えば図９に示すように、短絡支持体設置領域Ｒ１の４つの角に周囲短絡支持体５２を配設することができる。周囲短絡支持体５２が第２ビア配線５０に対して対称な位置に設けられていることで、いずれの方向においても不良モードの発生等を好適に抑制することができる。

第１側面短絡ピン５１の形状は、特に限定するものではないが、第２ビア配線５０と同様に円筒状であることが好ましい。第２ビア配線５０と同様に、ネジ止めにより接続を確保する構成とすることができる。また、周囲短絡支持体５２が、短絡ピンからなる場合も同様である。

第２ビア配線５０、第１側面短絡ピン５１、短絡支持体設置領域Ｒ１及び周囲短絡支持体５２の大きさ及び位置関係は、図１０の関係を満たすことが好ましい。
アンテナ用給電線２２の幅をＷとすると、第２ビア配線５０の径ｒ１は０．５Ｗ〜１．０Ｗであることが好ましい。第２ビア配線５０の径ｒ１が狭すぎると電気的な抵抗が生じ、高周波信号の伝送効率が下がる。また、第２ビア配線５０の径ｒ１が大きすぎると、第２接地層２１におけるアンテナ用給電線２２を引き回すためのスペースの確保が難しくなる。

また、第１側面短絡ピン５１の径ｒ２は、第２ビア配線５０の径ｒ１より大きいことが好ましく、具体的には０．５Ｗ〜１．５Ｗであることが好ましい。第１側面短絡ピン５１は、上述のようにｚ方向に高周波信号を伝送する際のトリプレート線路を形成する。第１側面短絡ピン５１の径ｒ２が第２ビア配線５０の径ｒ１より大きければ、第２ビア配線５０はいずれの部分においてもグランド線である第１側面短絡ピン５１に挟まれることになり、伝送損失を抑制できる。

また、第１側面短絡ピン５１の第２ビア配線５０に対する位置は、充分近いことが好ましい。具体的には、第１側面短絡ピン５１と第２ビア配線５０の最近接距離ｄが、０．２５Ｗ〜０．５Ｗであることが好ましい。第１側面短絡ピン５１と第２ビア配線５０の距離が遠すぎると、トリプレート線路の構造に伴う伝送損失の抑制効果を充分に得ることができない。また、第１側面短絡ピン５１と第２ビア配線５０との距離が近すぎると、作製する際に高い精度が必要となる。

また、短絡支持体設置領域Ｒ１の１辺の長さＬ１は１Ｗ〜３Ｗであることが好ましい。短絡支持体設置領域Ｒ１が大きすぎると、第２ビア配線５０に沿って高周波信号を伝送する際に生じる不良モードを抑制する効果が低下する。また、短絡支持体設置領域Ｒ１が狭すぎると、短絡支持体設置領域Ｒ１に第２ビア配線５０、第１側面短絡ピン５１及び周囲短絡支持体５２を配設する際に、それぞれが密集してしまい製造しにくくなる。

周囲短絡支持体５２が短絡ピンからなる場合、その径ｒ３は、０．２５Ｗ〜１Ｗであることが好ましい。周囲短絡支持体５２の径ｒ３が小さすぎると、第２ビア配線５０に沿って高周波信号を伝送する際に生じる不良モードを抑制する効果が低下する。また、周囲短絡支持体５２の径ｒ３が大きすぎると、第２接地層２１におけるアンテナ用給電線２２を引き回すためのスペースの確保が難しくなる。

側面短絡ピン及び周囲短絡支持体は、第２ビア配線５０の周囲に限られず、第１ビア配線４０及び第３ビア配線６０の周囲に設けてもよい。

例えば、図４に示すように、第１ビア配線４０の側方に、第２側面短絡ピン４１が形成されていてもよい。ここで「側方」とは、第１ビア配線４０に対して接続されるアンテナ用給電線２２の延在方向に対して垂直な方向を意味する。第２側面短絡ピン４１はｚ方向に延在し、第１接地層１１と第２接地層２１を接続する。第２側面短絡ピン４１は導体からなるため、第１接地層１１と第２接地層２１は等電位になる。すなわち、第２側面短絡ピン４１はグラント線として機能する。

つまり、第２側面短絡ピン４１と第１ビア配線４０とは、２つのグランド線の間に伝送用の給電線が配設された、ｚ方向に伸びるトリプレート線路を構成している。したがって、各層の積層方向（ｚ方向）に高周波信号が伝送される際にも、伝送損失を抑制でき、雑音耐性も向上する。

また、第１ビア配線４０の周囲に、周囲短絡支持体を形成してもよい。一方で、４×４のマトリックス配置でアンテナ素子が配列する場合、第１ビア配線４０は図４に示すように第２接地層２１上に３２カ所存在することになる。全ての箇所に、周囲短絡支持体を配設すると、第２接地層２１上の構成が複雑になる。そのため、要求される伝送精度に応じて周囲短絡支持体を設ける数、位置を適宜設定することが好ましい。

第３ビア配線６０についても同様に第３側面短絡ピン６１及び第３周囲短絡支持体６２を設けることが好ましい。
図１１は、本発明の一態様に係るアンテナ装置における第３ビア配線の近傍を拡大した斜視図である。図１１に示すように第３ビア配線６０は、第３接地層３１に設けられた開口部３１Ａを貫き、第３接地層３１の下層（−ｚ方向）に設けられた接続端子７０と、第３接地層３１の上層（＋ｚ方向）に位置する外部接続用給電線３２を接続する。開口部３１Ａの形状は特に問わない。

図１１に示すように、第３側面短絡ピン６１は、第３ビア配線６０から外部接続用給電線３２の延在する方向に対して直交する方向に配されている。第３側面短絡ピン６１はｚ方向に延在し、第２接地層２１及び第３接地層３１を接続する。第３側面短絡ピン６１は導体からなるため、第２接地層２１及び第３接地層３１と等電位になる。すなわち、第３側面短絡ピン６１はグラント線として機能する。

また、図１１に示すように、平面視で第３ビア配線６０及び第３側面短絡ピン６１を囲む矩形の第２の短絡支持体設置領域Ｒ２内に設けられた第３周囲短絡支持体６２をさらに有していてもよい。第３周囲短絡支持体６２の形状は特に問わず、上述のような短絡ピンを用いてもよいし、板状の支持体（支持板）を用いてもよい。支持板としては、例えば図１１に示すように、第２接地層２１と第３接地層３１を接続する支持部６２ａと、第２接地層２１及び第３接地層３１に沿って延在する延在部６２ｂからなるＵ字型の支持板を用いることができる。延在部６２ｂを有することで、第２接地層２１と第３接地層３１との間をより強固に支持できる。

このように、第３ビア配線６０の周囲にも第３側面短絡ピン６１及び第３周囲短絡支持体６２を有することで、接続端子７０から外部接続用給電線３２に給電する際にも、高周波信号の損失を抑制することができる。

（アンテナ装置の動作）
ここまで、アンテナ装置１の各層の構成及び各層を接続する構成について説明した。ついで、アンテナ装置１の機能について図１〜図１１を参照しながら説明する。アンテナ装置１から電波を出力する場合を例に、以下説明する。

まず高周波信号は、接続端子７０からアンテナ装置１内に給電される。接続端子７０は、第３接地層３１から外部に突出しており、同軸ケーブル等を繋ぐことで給電を行うことができる。接続端子７０は、アンテナ装置１に２カ所あり、垂直偏波と水平偏波をそれぞれ独立に入力する。

接続端子７０から給電された高周波信号は、第３ビア配線６０を介してそれぞれ二つの外部接続用給電線３２の給電部３２ａに伝送される（図６参照）。第３ビア配線６０の周囲には、第３側面短絡ピン６１及び第３周囲短絡支持体６２が設けられており、積層方向（ｚ方向）への伝送における伝送損失を抑制することができる。また、これらが電波障壁となり、雑音耐性も高くなる。

給電部３２ａに伝送された高周波信号は、外部接続用給電線３２に沿って、それぞれ４つの伝送部３２ｂに伝搬する。この際、外部接続用給電線は、接地された第２接地層２１及び第３接地層３１に挟まれてトリプレート線路を構成している。そのため、伝送損失の抑制と高い雑音耐性を維持することができる。

次いで、伝送部３２ｂから第２ビア配線５０を介してアンテナ用給電線２２の給電部２２ａに高周波信号が伝送される（図５、図７参照）。アンテナ用給電線２２の給電部２２ａは全部で８つあり、その内の４つに伝送される信号が垂直偏波であり、残りの４つに伝送される信号が水平偏波である。
第２ビア配線５０の周囲には、第１側面短絡ピン５１及び周囲短絡支持体５２が設けられており、積層方向（ｚ方向）への伝送における伝送損失を抑制することができる。また、これらが電波障壁となり、雑音耐性も高くなる。

給電部２２ａに伝送された高周波信号は、アンテナ用給電線２２に沿って、それぞれさらに４つに分岐する（図４参照）。これにより垂直偏波の信号を伝送する伝送部２２ｂが１６個、水平偏波の信号を伝送する伝送部２２ｂが１６個となる。各アンテナ素子１２に垂直偏波の信号と水平偏波の信号をそれぞれ１つずつ伝えるため、伝送部２２ｂは２つが１つのペアとなるように配設されている。

アンテナ用給電線２２は、接地された第１接地層１１及び第２接地層２１に挟まれてトリプレート線路を構成している。そのため、アンテナ用給電線２２に沿った高周波信号の伝搬は、伝送損失の抑制と高い雑音耐性が維持される。

最後にアンテナ用給電線２２の伝送部２２ｂまで伝送された高周波信号は、アンテナ素子１２へ第１ビア配線４０を介して伝送される（図８参照）。第１ビア配線４０の周囲にも、第２側面短絡ピン４１が設けられており、積層方向（ｚ方向）への伝送における伝送損失を抑制することができる。また、これらが電波障壁となり、雑音耐性も高くなる。

このようにして、各アンテナ素子１２に垂直偏波の信号及び水平偏波の信号がそれぞれ伝送される。アンテナ素子１２まで伝送された高周波信号は、電波として外部に放出される。垂直偏波の信号及び水平偏波の信号のそれぞれを制御することで、信号通信のサービスエリアを最適化することができる。

上述のように、本発明の一態様に係るアンテナ装置１によれば、各層の延在方向及び積層方向のいずれにおいてもトリプレート線路を形成することができ、給電線における伝送損失を抑制できると共に、雑音耐性を向上することができる。その結果、高品質な無線通信サービスを提供することができる。
また、垂直偏波の信号を伝播する給電線と、水平偏波の信号を伝播する給電線を同一平面上に配設することができ、アンテナ装置１が多層化されることをさけ、より簡易な層構成とすることができる。

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

アンテナ装置の第２ビア配線の周囲に配設される第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を変更しながら、Ｓパラメータ特性の変化をシミュレーションにより測定した。ＳパラメータはＳ１１を測定した。

（実施例１）
図１２は、実施例１のＳパラメータ特性を測定した際の第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。図１２（ａ）は第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を示す斜視模式図であり、図１２（ｂ）は第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を示す側面模式図である。符号は、図９と同様の符号を付している。また、図１２（ｃ）は、実施例１におけるＳパラメータ特性を示す。

実施例１では、図１２（ａ）及び（ｂ）に示すように、第２ビア配線５０の側方に第１側面短絡ピン５１を設け、短絡支持体設置領域の４つの角に周囲短絡支持体５２を設けた。周囲短絡支持体５２は、第１接地層１１、第２接地層２１及び第３接地層３１に貫通し、短絡支持体設置領域の４つの角に配設した。

図１２（ｃ）に示すように、動作周波数である３．５ＧＨｚにおいては、−３０ｄＢ以下の反射特性を示しており、伝送損失が低減されていることが分かる。

（実施例２）
図１３は、実施例２のＳパラメータ特性を測定した際の第１側面短絡ピンの配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。図１３（ａ）は第１側面短絡ピンの配置を示す斜視模式図であり、図１３（ｂ）は第１側面短絡ピンの配置を示す側面模式図である。符号は、図９と同様の符号を付している。また、図１３（ｃ）は、実施例２におけるＳパラメータ特性を示す。

実施例２では、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように、周囲短絡支持体５２が無く、第１側面短絡ピン５１のみからなる点が実施例１と異なる。

図１３（ｃ）に示すように、動作周波数である３．５ＧＨｚにおいては、−２７ｄＢ程度の反射特性を示しており、実施例１と比較すると伝送損失が若干増加している。

（実施例３）
図１４は、実施例３のＳパラメータ特性を測定した際の第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。図１４（ａ）は第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を示す斜視模式図であり、図１４（ｂ）は第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を示す側面模式図である。符号は、図９と同様の符号を付している。また、図１４（ｃ）は、実施例３におけるＳパラメータ特性を示す。

実施例３では、図１４（ａ）及び（ｂ）に示すように、周囲短絡支持体の配置が実施例１と異なる。実施例３では、周囲短絡支持体が、第１接地層１１、第２接地層２１及び第３接地層３１に延在しておらず、第１接地層１１と第２接地層２１を繋ぐ第１周囲短絡支持体５３と、第２接地層２１と第３接地層３１を繋ぐ第２周囲短絡支持体５４とに分かれている。第１周囲短絡支持体５３は、短絡支持体設置領域の４つの角の内、アンテナ用給電線２２が第２ビア配線５０から延在する方向と反対側の２つの角に配されており、第２周囲短絡支持体５４は、短絡支持体設置領域の４つの角の内、外部接続用給電線３２が第２ビア配線５０から延在する方向と反対側の２つの角に配されている。

図１４（ｃ）に示すように、動作周波数である３．５ＧＨｚにおいては、−２８ｄＢ程度の反射特性を示しており、実施例１と比較すると伝送損失が若干増加している。

（実施例４）
図１５は、実施例４のＳパラメータ特性を測定した際の第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。図１５（ａ）は第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を示す斜視模式図であり、図１５（ｂ）は第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を示す側面模式図である。符号は、図９と同様の符号を付している。また、図１５（ｃ）は、実施例４におけるＳパラメータ特性を示す。

実施例４では、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、周囲短絡支持体の配置が実施例３と異なる。実施例４では、第１周囲短絡支持体５３は、短絡支持体設置領域の４つの角の内、アンテナ用給電線２２が第２ビア配線５０から延在する方向の２つの角に配されており、第２周囲短絡支持体５４は、短絡支持体設置領域の４つの角の内、外部接続用給電線３２が第２ビア配線５０から延在する方向の２つの角に配されている。

図１５（ｃ）に示すように、動作周波数である３．５ＧＨｚにおいては、−２７ｄＢ程度の反射特性を示しており、実施例１と比較すると伝送損失が若干増加している。

（実施例５）
図１６は、実施例５のＳパラメータ特性を測定した際の周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。図１６（ａ）は周囲短絡支持体の配置を示す斜視模式図であり、図１６（ｂ）は周囲短絡支持体の配置を示す側面模式図である。符号は、図９と同様の符号を付している。また、図１６（ｃ）は、実施例５におけるＳパラメータ特性を示す。

実施例５では、図１６（ａ）及び（ｂ）に示すように、第１側面短絡ピン５１が無く、周囲短絡支持体５２のみからなる点が実施例１と異なる。

図１６（ｃ）に示すように、動作周波数である３．５ＧＨｚにおいては、−１２ｄＢ程度の反射特性を示しており、実施例１と比較すると伝送損失が大幅に増加していることが分かる。

実施例１〜５では、アンテナ装置の第２ビア配線の周囲に配設される第１側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の配置を変更してＳパラメータを測定した。次いで、第３ビア配線の周囲に配設される第３側面短絡ピン及び周囲短絡支持体の構成を変更して、Ｓパラメータ特性の変化をシミュレーションにより測定した。ＳパラメータはＳ１１を測定した。シミュレーションは、計算を簡便にするために、模式的に第３ビア配線の周囲の構成のみを抜き出して行った。

（実施例６）
図１７は、実施例６のＳパラメータ特性を測定した際の第３側面短絡ピン及び第３周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。図１７（ａ）は第３側面短絡ピン及び第３周囲短絡支持体の配置を示す斜視模式図であり、図１７（ｂ）は第３側面短絡ピン及び第３周囲短絡支持体の配置を示す側面模式図である。符号は、図１１と同様の符号を付している。また、図１７（ｃ）は、実施例６におけるＳパラメータ特性を示す。

実施例６では、図１７（ａ）及び（ｂ）に示すように、第３ビア配線６０から外部接続用給電線３２の延在する方向に対して直交する方向に配される第３側面短絡ピン６１を設け、外部接続用給電線３２が第３ビア配線６０から延在する方向と反対側に、その方向と直交する方向に第３周囲短絡支持体６２を設けた。

図１７（ｃ）に示すように、動作周波数である３．５ＧＨｚにおいては、−４０ｄＢ以下の反射特性を示し、伝送損失が顕著に低減されていることが分かる。

（実施例７）
図１８は、実施例７のＳパラメータ特性を測定した際の第３周囲短絡支持体の配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。図１８（ａ）は第３周囲短絡支持体の配置を示す斜視模式図であり、図１８（ｂ）は第３周囲短絡支持体の配置を示す側面模式図である。符号は、図１１と同様の符号を付している。また、図１８（ｃ）は、実施例７におけるＳパラメータ特性を示す。

実施例７では、図１８（ａ）及び（ｂ）に示すように、第３側面短絡ピンを有さない点が実施例６と異なる。

図１８（ｃ）に示すように、動作周波数である３．５ＧＨｚにおいては、−１８ｄＢ程度の反射特性を示しており、実施例６と比較すると伝送損失が大幅に増加している。

（実施例８）
図１９は、実施例８のＳパラメータ特性を測定した際の第３側面短絡ピンの配置の模式図と、この配置におけるＳパラメータ特性を示す。図１９（ａ）は第３側面短絡ピンの配置を示す斜視模式図であり、図１９（ｂ）は第３側面短絡ピンの配置を示す側面模式図である。符号は、図１１と同様の符号を付している。また、図１９（ｃ）は、実施例８におけるＳパラメータ特性を示す。

実施例８では、図１９（ａ）及び（ｂ）に示すように、第３周囲短絡支持体を有さない点が実施例６と異なる。

図１９（ｃ）に示すように、動作周波数である３．５ＧＨｚにおいては、−１５ｄＢ程度の反射特性を示しており、実施例６と比較すると伝送損失が大幅に増加している。

（実施例９）
図２０は、実施例９のＳパラメータ特性を測定した際の第３配線ビアの周囲を模式的に示した模式図と、Ｓパラメータ特性を示す。図２０（ａ）は第３配線ビアの周囲の斜視模式図であり、図２０（ｂ）は第３配線ビアの周囲の側面模式図である。符号は、図１１と同様の符号を付している。また、図２０（ｃ）は、実施例９におけるＳパラメータ特性を示す。

実施例９では、図２０（ａ）及び（ｂ）に示すように、第３側面短絡ピン及び第３周囲短絡支持体を有さない点が実施例６と異なる。

図２０（ｃ）に示すように、動作周波数である３．５ＧＨｚにおいては、−１２ｄＢ程度の反射特性を示しており、実施例６と比較すると伝送損失が大幅に増加している。

１ アンテナ装置
１０ アンテナ素子層
１１ 第１接地層
１２ アンテナ素子
１３ パッチアンテナ
１４ 支持部
２０ 第１トリプレート線路
２１ 第２接地層
２１Ａ 開口部
２２ アンテナ用給電線
２２ａ 給電部
２２ｂ 伝送部
２３ 支持部
３０ 第２トリプレート線路
３１ 第３接地層
３２ 外部接続用給電線
３２ａ 給電部
３２ｂ 伝送部
３３ 支持部
４０ 第１ビア配線
５０ 第２ビア配線
５１ 第１側面短絡ピン
５２ 周囲短絡支持体
５３ 第１周囲短絡支持体
５４ 第２周囲短絡支持体
６０ 第３ビア配線
６１ 第３側面短絡ピン
６２ 第３周囲短絡支持体
７０ 接続端子
Ｒ１ 短絡支持体設置領域
Ｒ２ 第２の短絡支持体設置領域

Claims (13)

1. 第１接地層と、前記第１接地層の一面にマトリックス状に整列した複数のアンテナ素子とを有するアンテナ素子層と、
   前記第１接地層の前記アンテナ素子が形成された面と反対側に離間して配された複数のアンテナ用給電線と、前記複数のアンテナ用給電線を前記第１接地層と互いの間に挟むように離間して配される第２接地層とを有する第１トリプレート線路と、
   前記第２接地層の前記第１接地層と反対側に離間して配された複数の外部接続用給電線と、前記複数の外部接続用給電線を前記第２接地層と互いの間に挟むように離間して配される第３接地層とを有する第２トリプレート線路と、を備え、
   前記アンテナ素子と前記アンテナ用給電線は、第１ビア配線により接続され、
   前記アンテナ用給電線と前記外部接続用給電線は、第２ビア配線により接続され、
   前記第２ビア配線の側方には、前記第２ビア配線を挟むように離間して配され、前記第１接地層、前記第２接地層及び前記第３接地層を電気的に短絡する第１側面短絡ピンを有するアンテナ装置。
2. 平面視で前記第２ビア配線及び前記第１側面短絡ピンを囲む矩形の短絡支持体設置領域内に設けられ、前記第１接地層と前記第２接地層とを電気的に短絡する第１周囲短絡支持体をさらに備える請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の４つの角の内、前記アンテナ用給電線が第２ビア配線から延在する方向と反対側の２つの角に配された短絡ピンである請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の４つの辺の内、前記アンテナ用給電線が第２ビア配線から延在する方向と反対側の辺に沿って配された短絡支持板である請求項２に記載のアンテナ装置。
5. 前記第２接地層と前記第３接地層とを電気的に短絡し、平面視で前記第２ビア配線及び前記第１側面短絡ピンを囲む矩形の短絡支持体設置領域内に設けられた第２周囲短絡支持体をさらに備える請求項１〜４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
6. 前記第２周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の４つの角の内、前記外部接続用給電線が第２ビア配線から延在する方向と反対側の２つの角に配された短絡ピンである請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記第２周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の４つの辺の内、前記外部接続用給電線が第２ビア配線から延在する方向と反対側の辺に沿って配された短絡支持板である請求項５に記載のアンテナ装置。
8. 前記第１周囲短絡支持体と前記第２周囲短絡支持体が、前記短絡支持体設置領域の４つの角のそれぞれに配され、
   一体化した４本の周囲短絡ピンを形成する請求項５または６のいずれかに記載のアンテナ装置。
9. 前記第１ビア配線の側方に前記第１ビア配線を挟むように離間して配され、前記第１接地層と前記第２接地層とを電気的に短絡する第２側面短絡ピンをさらに有する請求項１〜８のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
10. 前記第２トリプレート線路において、前記外部接続用給電線に前記第３接地層を貫通して給電する第３ビア配線を有し、
    前記第２接地層と前記第３接地層とを電気的に短絡し、前記第３ビア配線から前記外部接続用給電線の延在する方向に対して直交する方向に配される第３側面短絡ピンをさらに有する請求項１〜９のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
11. 前記第２接地層と前記第３接地層とを電気的に短絡し、平面視で前記第３ビア配線及び前記第３側面短絡ピンを囲む矩形の第２の短絡支持体設置領域内に設けられた第３周囲短絡支持体をさらに備える請求項１０に記載のアンテナ装置。
12. 前記第３周囲短絡支持体が、前記第２の短絡支持体設置領域の４つの辺の内、前記外部接続用給電線が第３ビア配線から延在する方向と反対側の辺に沿って配される請求項１１に記載のアンテナ装置。
13. 前記第１ビア配線、前記第２ビア配線及び前記第３ビア配線のそれぞれが円筒状である請求項１〜１２のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

Images