JP2018164149A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＢＧとアンテナとを含む基板の設計の自由度を向上させることができるアンテナ装置の提供に資することである。【解決手段】アンテナ装置は、誘電体基板と、誘電体基板に含まれる第１の配線層に配置される少なくとも第１と第２の放射器と、誘電体基板に含まれる第２の配線層の、誘電体基板の層厚方向において第１の放射器を投影した範囲を含む範囲に配置される第１の反射器と、第２の配線層の、層厚方向において第２の放射器を投影した範囲を含む範囲に配置される第２の反射器と、第１と第２の放射器の間に配置される第１の電磁バンドギャップと、を備え、第１の電磁バンドギャップは、第１の配線層に配置される第１のパッチと、誘電体基板の層厚方向において第２の配線層と異なる位置の第３の配線層に配置される第１の接地電極と、第１のパッチと第１の接地電極とを接続し、層厚方向に延びる第１のビアと、を備える。【選択図】図４

Description

本開示は、アンテナ装置に関する。

無線通信用小型送受信モジュールでは、複数のアンテナが同一の基板に配置される。複数のアンテナを同一の基板に近接して配置した場合、アンテナ間の相互結合による信号漏洩が発生する。

例えば、非特許文献１には、基板の２つのアンテナの間に電磁バンドギャップ（ＥＢＧ：Electromagnetic bandgap）を配置して、２つのアンテナ間の相互結合を抑制することが開示されている。

Fan Yang, Yahya Rahmat-Samii, "Microstrip Antennas Integrated With Electromagnetic Band-Gap (EBG) Structures: A Low Mutual Coupling Design for Array Applications", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol.51, No.10, pp.2936-2946, (2003) Atsushi Sanada, Christophe Caloz, Tatsuo Itoh, "Planar Distributed Structures With Negative Reflective Index", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol.52, No.4, pp.1252-1263, (2004)

しかしながら、非特許文献１に開示されるＥＢＧの基板内のサイズは、同一基板に配置されるアンテナのパラメータ（例えば、放射する電磁波の周波数）に依存して決まってしまうため、ＥＢＧとアンテナを含む基板の設計の自由度が低い。

本開示の非限定的な実施例は、ＥＢＧとアンテナとを含む基板の設計の自由度を向上させることができるアンテナ装置の提供に資する。

本開示の一態様に係るアンテナ装置は、誘電体基板と、前記誘電体基板に含まれる第１の配線層に配置される少なくとも第１と第２の放射器と、前記誘電体基板に含まれる第２の配線層の、前記誘電体基板の層厚方向において前記第１の放射器を投影した範囲を含む範囲に配置される第１の反射器と、前記第２の配線層の、前記層厚方向において前記第２の放射器を投影した範囲を含む範囲に配置される第２の反射器と、前記第１と第２の放射器の間に配置される第１の電磁バンドギャップと、を備え、前記第１の電磁バンドギャップは、前記第１の配線層に配置される第１のパッチと、前記誘電体基板の層厚方向において前記第２の配線層と異なる位置の第３の配線層に配置される第１の接地電極と、前記第１のパッチと前記第１の接地電極とを接続し、前記層厚方向に延びる第１のビアと、を備える。

なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または、記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示の一態様によれば、ＥＢＧとアンテナとを含む基板の設計の自由度を向上に資する。

本開示の一態様における更なる利点および効果は、明細書および図面から明らかにされる。かかる利点および／または効果は、いくつかの実施形態並びに明細書および図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つまたはそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。

従来のＥＢＧを有するアンテナ装置の一例を示す上面図 図１のＡ１−Ａ２における断面図 本開示の実施の形態１に係るアンテナ装置の一例を示す上面図 図３のＡ１−Ａ２における断面図 スタックビアを有するアンテナ装置の一例を示す断面図 ＥＢＧの単位セルの拡大断面図 ＥＢＧの単位セルの等価回路を示す図 容量Ｃ_Ｒと間隔ｄ_２との関係の一例を示す図 ＥＢＧを有さないアンテナ装置の一例を示す断面図 ＥＢＧを有さないアンテナ装置のアイソレーション特性を示す図 ＥＢＧを有する従来のアンテナ装置のアイソレーション特性を示す図 本開示の実施の形態１に係るアンテナ装置のアイソレーション特性を示す図 本開示の実施の形態１の変形例に係るアンテナ装置の一例を示す断面図 本開示の実施の形態２に係るアンテナ装置の一例を示す上面図 図１４のＡ１−Ａ２における断面図

図１は、従来のＥＢＧを有するアンテナ装置１００の一例を示す上面図である。図２は、図１のＡ１−Ａ２における断面図である。

アンテナ装置１００は、誘電体基板１１、放射器１２ａ、放射器１２ｂ、接地電極１５およびＥＢＧ１８を有する。

放射器１２ａと放射器１２ｂは、誘電体基板１１の表面に、導体パターンを用いて形成される。

接地電極１５は、誘電体基板１１の表面と反対の面に、導体パターンを用いて形成される。接地電極１５は、放射器１２ａおよび放射器１２ｂが放射する電磁波を反射する反射器として機能する。放射器１２ａと接地電極１５、および、放射器１２ｂと接地電極１５は、それぞれ、１つのアンテナとして機能する。

ＥＢＧ１８は、放射器１２ａと放射器１２ｂの間に設けられる。ＥＢＧ１８は、表層に形成された複数のパッチ１４と、各パッチ１４と接地電極１５を接続する複数のビア１６とを含む。ＥＢＧ１８では、接地電極１５と、接地電極１５に接続した１つのビア１６と、パッチ１４とを１つの単位セル１７とし、単位セル１７が周期的に配置される。ＥＢＧ１８は、特定の周波数帯域の信号を遮断する効果を有することから、アンテナ間のアイソレーション性能の向上に用いられる。

アンテナ装置１００において、放射器１２（放射器１２ａおよび放射器１２ｂ）と接地電極１５の間隔ｄ_０は、アンテナ利得が最大となるように設定される。ビア１６の長さも、放射器１２と接地電極１５の間隔と同じ長さとなる。

ＥＢＧ１８が遮断する信号の周波数帯域は、例えば、パッチ１４のサイズとビア１６の長さにより決定されるため、ビア１６の長さが放射器１２と接地電極１５の間隔と同じである場合、パッチ１４のサイズも一意的に決定される。そのため、アンテナ装置１００では、ＥＢＧ１８のビア１６の長さとパッチ１４のサイズを調整することが困難であり、設計の自由度が低い。

例えば、ビア１６の長さが放射器１２と接地電極１５の間隔と同じである場合、又は、放射器１２ａと放射器１２ｂの間に複数のパッチ１４を配置する面積が確保困難な場合、ＥＢＧ１８を配置することが困難である。

また、例えば、パッチ１４のサイズの設計の自由度が低い場合、放射器１２ａと放射器１２ｂの間に配置するパッチ１４の数を増やして単位セル１７の数（繰り返し数）を増やすことによって、アイソレーション特性を向上させることが困難である。

また、例えば、ビア１６の長さの設計の自由度が低い場合、ビア１６の長さによっては、誘電体基板１１の内層に配線を設けることが困難である。

本開示はかかる点を鑑みて為されたものであり、放射器に対する反射器として機能する導体とは別に、ＥＢＧのビアと接続する接地電極を配置することに着目し、本開示に至った。

次に、本開示の各実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する各実施の形態は一例であり、本開示はこれらの実施の形態により限定されるものではない。

（実施の形態１）
図３は、本実施の形態１に係るアンテナ装置２００の一例を示す上面図である。図４は、図３のＡ１−Ａ２における断面図である。

アンテナ装置２００は、誘電体基板１、放射器２（放射器２ａおよび放射器２ｂ）、反射器３（反射器３ａおよび反射器３ｂ）、接地電極５およびＥＢＧ８を有する。

放射器２ａおよび放射器２ｂは、誘電体基板１の表面に、導体パターンを用いて形成される。

反射器３ａおよび反射器３ｂは、誘電体基板１の内層の面に、導体パターンを用いて形成される。反射器３ａは、放射器２ａを内層の面に投影した範囲を含む範囲に形成される。反射器３ｂは、放射器２ｂを内層の面に投影した範囲を含む範囲に形成される。

放射器２ａと反射器３ａ、および、放射器２ｂと反射器３ｂは、それぞれ、１つのアンテナとして機能する。

接地電極５は、反射器３ａおよび反射器３ｂが形成された内層と異なる内層の面に、導体パターンを用いて形成される。図３の例では、接地電極５が形成される内層の面は、反射器３ａおよび反射器３ｂが形成された内層の面よりも、表層から離れている。接地電極５は、反射器３ａおよび反射器３ｂとビア９を介して接続する。

ＥＢＧ８は、放射器２ａと放射器２ｂの間に設けられる。ＥＢＧ８は、表層に形成された複数のパッチ４（図３、図４では、例えば、１５個）と、各パッチ４と接地電極５を接続する複数のビア６（図３、図４では、例えば、１５個）とを含む。ビア６の長さは、パッチ４と接地電極５の間隔ｄ_２である。

ＥＢＧ８では、接地電極５と、接地電極５に接続した１つのビア６と、パッチ４とを１つの単位セル７とし、単位セル７が周期的に配置される。このような、パッチ４とビア６と接地電極５から構成される単位セル７を周期的に配置するＥＢＧ８は、マッシュルーム型ＥＢＧと呼ばれる。

放射器２ａと反射器３ａの間隔ｄ_１は、アンテナ利得が最大となるように決定される。接地電極５は、反射器３ａおよび反射器３ｂが形成された内層と異なる内層の面に形成されるため、ビア６の長さに相当するパッチ４と接地電極５の間隔ｄ_２は、間隔ｄ_１と独立して調整される。アンテナ装置２００では、接地電極５が形成される内層の面が、反射器３ａおよび反射器３ｂが形成された内層の面よりも表層から離れているため、間隔ｄ_１は、間隔ｄ_２よりも小さい。

このような構成により、放射器２と反射器３の間隔ｄ_１とビア６の長さに相当する間隔ｄ_２とを別々に調整できるため、ＥＢＧ８を含むアンテナ装置２００の設計の自由度を向上させることができる。

なお、パッチ４と接地電極５を接続するビアは、図４のように、単一のビア６で形成してもよいし、図５のように、内層毎に、ビア２６ａ、２６ｂを形成し、それを結合させたスタックビアとして形成してもよい。以下、スタックビアを有するアンテナ装置について説明する。

図５は、スタックビアを有するアンテナ装置２００ａの構成の一例を示す断面図である。図５において、図３、図４と同様の構成については、同一の付番を付し、説明を省略する。以下における、Ｌ１層、Ｌ２層、及び、Ｌ３層は、アンテナ装置２００ａの配線層を示している。

図５において、誘電体基板１のうち放射器２ａ、２ｂが設けられる面をＬ１層とし、反射器３ａ、３ｂが設けられる面をＬ２層とし、接地電極５が設けられる面をＬ３層とする。

スタックビア２６は、各パッチ４と接地電極５を接続する。スタックビア２６は、例えば、第１ビア２６ａと、第２ビア２６ｂと、第１接続部２６ｃと、を備える。

第１ビア２６ａは、Ｌ１層とＬ２層との間に位置し、第１接続部２６ｃは、Ｌ２層に位置し、第２ビア２６ｂは、Ｌ２層とＬ３層との間に位置する。なお、図５では、２つのビアと１つの接続部を備えるスタックビア２６を示すが、ビアの数および接続部の数はこれに限定されない。例えば、Ｌ１層とＬ２層との間には、第１ビア２６ａが形成されているが、第３ビア、第２接続部を追加してもよい（図示省略）。

以上の構成により、放射器２と反射器３の間隔ｄ_１とビア６又はスタックビア２６の長さに相当する間隔ｄ_２とを別々に調整できるため、ＥＢＧ８を含むアンテナ装置２００ａの設計の自由度を向上させることができる。

次に、間隔ｄ_２を含むＥＢＧ８のサイズとＥＢＧ８が遮断する信号の周波数帯域の関係の一例について説明する。上述の通り、ＥＢＧ８が遮断する信号の周波数帯域は、パッチ４のサイズとビア６の長さにより決定される。

図６は、ＥＢＧ８の単位セル７の拡大断面図である。図７は、ＥＢＧ８の単位セル７の等価回路を示す図である。図６に示すように、パッチ４の幅はＷであり、隣り合う２つのパッチ４は間隔Ｇ離れて設けられている。

図７の容量７１ａ、７１ｂは、それぞれ、容量値Ｃ_Ｌを有し、表層において、間隔Ｇを離して隣り合う２つのパッチ４の間の容量を等価的に示す。インダクタンス７２ａ、７２ｂは、それぞれ、インダクタンス値Ｌ_Ｒ／２を有する。インダクタンス７２ａとインダクタンス７２ｂを含むインダクタンス７２は、パッチ４のインダクタンスを等価的に示す。容量７１ａとインダクタンス７２ａは、端子Ｔ１と端子Ｔ２の間で、等価的に直列に接続する。インダクタンス７２ｂと容量７１ｂは、端子Ｔ２と端子Ｔ３の間で、等価的に直列に接続する。

図７の容量７３は、容量値Ｃ_Ｒを有し、間隔ｄ_２を有するパッチ４と接地電極５の間の容量を等価的に示す。図７のインダクタンス７４は、インダクタンス値Ｌ_Ｌを有し、ビア６のインダクタンスを等価的に示す。容量７３とインダクタンス７４は、端子Ｔ２と端子Ｔ４の間で、等価的に並列に接続する。

例えば、非特許文献２では、単位セル７が、周期的に無限に繰り返して配置されると仮定した回路解析において、ＥＢＧ８が遮断する信号の周波数帯域は、等価回路において直列に接続する容量７１ａ、容量７１ｂ、インダクタンス７２ａ、インダクタンス７２ｂによって示される次式（１）、および／または、等価回路において並列に接続する容量７３、インダクタンス７４によって示される次式（２）を用いて決定することを記載する。

ω_ｓｅとω_ｓｈは、ＥＢＧ８が遮断する信号の周波数帯域の上限または下限を示す。式（１）、式（２）により、Ｌ_ＲとＣ_Ｌの積（以下、Ｌ_ＲＣ_Ｌ積と記載する）とＬ_ＬとＣ_Ｒの積（以下、Ｌ_ＬＣ_Ｒ積と記載する）が一定であれば、単位セル７のサイズ（例えば、パッチ４の幅Ｗおよび／またはビア６の長さｄ_２）を調整しても、ＥＢＧ８が遮断する信号の周波数帯域は、変化しない。

例えば、ＥＢＧ８の占有面積は、パッチ４の面積によって決まるため、パッチ４の幅Ｗを小さくすることによって、占有面積を低減することができる。幅Ｗを小さくすることによって、等価的に容量値Ｃ_Ｒが小さくなる。Ｌ_ＬＣ_Ｒ積を一定にするためには、容量値Ｃ_Ｒが小さくなった分、間隔ｄ_２、つまり、ビア６の長さを伸張することによりインダクタンス値Ｌ_Ｌ増加させれば良い。なお、所定のｄ_２＝ｚ以下では、幅Ｗを小さくした上で、ビア６の長さｄ_２を短縮することによって、Ｌ_ＬＣ_Ｒ積を一定にしても良い。以下に、Ｌ_ＬＣ_Ｒ積を一定にする具体例について図８を用いて説明する。

図８は、容量値Ｃ_Ｒと間隔ｄ_２との関係の一例を示す図である。図８において、横軸は間隔ｄ_２を示し、縦軸は、容量値Ｃ_Ｒを示す。図８では、間隔ｄ_２と容量値Ｃ_Ｒとはおおよそ反比例の関係になる。図８には、説明の便宜上、間隔ｄ_２の代表値を複数示しており、間隔ｄ_２の代表値の大小関係は、０＜ｂ_２＜ｂ_１＜ｚ＜ａ_１＜ａ_２である。また、図８において、説明の便宜上、ｄ_２＝ｚを境界として、領域Ａと領域Ｂとを規定する。具体的には、ｄ_２＞ｚの範囲を領域Ａと規定し、０＜ｄ_２＜ｚの範囲を領域Ｂと規定している。また、図８において、幅Ｗ＝Ｗ_１である間隔ｄ_２と容量値Ｃ_Ｒとの関係を示す曲線（実線、以下曲線Ｋ_ｗ１）と、幅Ｗ＝Ｗ_２である間隔ｄ_２と容量値Ｃ_Ｒとの関係を示す曲線（点線、以下曲線Ｋ_ｗ２）と、を示し、Ｗ_１＞Ｗ_２である。曲線Ｋ_ｗ１は、曲線Ｋ_ｗ２よりも、間隔ｄ_２の全領域に亘って容量値Ｃ_Ｒが大きい。

なお、曲線Ｋ_ｗ１及び曲線Ｋ_ｗ２は、領域Ａと領域Ｂでは、幅Ｗを小さくした場合、容量値Ｃ_Ｒの変化が異なる。

例えば、領域Ａにおいて、幅Ｗの値をＷ_１からＷ_２に減少させた場合、容量値Ｃ_Ｒは減少するため、間隔ｄ_２の値がａ_１からａ_２に増加する（つまり、ビア６の長さが伸張する）ことによってインダクタンス値Ｌ_Ｌを増加させ、Ｌ_ＬＣ_Ｒ積を一定にする。

領域Ｂにおいて、幅Ｗの値をＷ_１からＷ_２に減少させた場合、容量値Ｃ_Ｒは減少するが、間隔ｄ_２の値をｂ_１からｂ_２に減少させることによって、容量値Ｃ_Ｒを増加させることができる。このため、領域Ｂでは、幅Ｗを減少させた場合は、間隔ｄ_２を短縮して、Ｌ_ＬＣ_Ｒ積を一定にしてもよい。

また、Ｌ_ＲＣ_Ｌ積を一定にするために、間隔Ｇを調整しても良い。

このように、ＥＢＧ８が遮断する信号の周波数帯域を維持し、ビア６の長さｄ_２、パッチ４の幅Ｗを含むＥＢＧ８のサイズを調整できるため、ＥＢＧ８を含むアンテナ装置２００の設計の自由度が向上する。

次に、アンテナ装置におけるアンテナ間のアイソレーション特性について説明する。以下の説明では、一例として、アンテナ装置が６３．５ＧＨｚの周波数の電磁波を放射し、ＥＢＧが６３．５ＧＨｚの周波数を含む周波数帯域を遮断する設定におけるアンテナ間のアイソレーション特性を示す。はじめに、ＥＢＧを有さないアンテナ装置の一例を示す。

図９は、ＥＢＧを有さないアンテナ装置３００の一例を示す断面図である。図９において、図１と同様の構成については同一の符番を付し説明を省略する。アンテナ装置３００では、図１、図２に示したアンテナ装置１００において、ＥＢＧ１８の代わりに、放射器１２ａと放射器１２ｂの間の接地電極１５が表層まで拡張される。

放射器１２ａと放射器１２ｂは、ダイポール型の放射器であり、放射器１２ａと放射器１２ｂの間隔は、ｆ＝６３．５ＧＨｚの波長λに０．７２を乗じた長さ３．４ｍｍに設定される。また、放射器１２ａと接地電極１５の間隔、および、放射器１２ｂと接地電極１５の間隔は、アンテナ装置３００が６３．５ＧＨｚの周波数の電磁波を放射する場合のアンテナ利得が最大となるように設定される。

次に、シミュレーションによって導出した、ＥＢＧを有さないアンテナ装置３００と、従来のＥＢＧを有するアンテナ装置１００と、ＥＢＧの占有面積を小さくしたアンテナ装置２００とのアイソレーション特性を比較する。

シミュレーションモデルとして用いたアンテナ装置１００は、アンテナ装置３００と同様の放射器１２ａと放射器１２ｂを有し、放射器１２ａと放射器１２ｂの間隔、放射器１２ａと接地電極１５の間隔ｄ_０、および、放射器１２ｂと接地電極１５の間隔ｄ_０も、アンテナ装置３００と同じである。そして、アンテナ装置１００のＥＢＧ１８のパッチ１４は、一辺の長さが０．４５ｍｍに設定される。

シミュレーションモデルとして用いたアンテナ装置２００の放射器２ａと放射器２ｂは、アンテナ装置３００と同様に、ダイポール型の放射器である。放射器２ａと放射器２ｂの間隔は、アンテナ装置３００と同じ３．４ｍｍに設定される。放射器２ａと反射器３ａの間隔、および、放射器２ｂと反射器３ｂの間隔は、アンテナ装置３００の放射器１２ａと接地電極１５の間隔と同じである。アンテナ装置２００のＥＢＧ８のパッチ４は、一辺の長さが０．３５ｍｍに設定される。ビア６の長さは、ＥＢＧ８が６３．５ＧＨｚの周波数を遮断するように、パッチ４の一辺の長さに基づいて設定される。

図１０は、ＥＢＧを有さないアンテナ装置３００のアイソレーション特性を示す図である。図１１は、ＥＢＧを有する従来のアンテナ装置１００のアイソレーション特性を示す図である。図１２は、本実施の形態１に係るアンテナ装置２００のアイソレーション特性を示す図である。図１０〜図１２の横軸は、アンテナ装置が放射する電磁波の周波数を示し、縦軸は、Ｓパラメータ（Ｓ_１１、Ｓ_２２、Ｓ_２１）の値を示す。Ｓ_１１、Ｓ_２２は、反射特性を表すＳパラメータであり、Ｓ_１１、Ｓ_２２の値が小さいほど、反射が小さく、アンテナで共振していることを示す。Ｓ_２１は、通過特性を表すＳパラメータであり、Ｓ_２１の値が小さいほど、アンテナ間のアイソレーション特性が高いことを示す。

図１０〜図１２のＳ_１１、Ｓ_２２は、いずれのアンテナ装置も、６３．５ＧＨｚ付近において共振することを示す。アンテナ間のアイソレーション特性に相当するＳ_２１は、ＥＢＧを有さないアンテナ装置３００において６３．５ＧＨｚ付近で約−１６．９ｄＢであるのに対し、アンテナ装置１００において６３．５ＧＨｚ付近で約−２７．０ｄＢ、アンテナ装置２００において６３．５ＧＨｚ付近で−２９．６ｄＢである。このように、ＥＢＧを配置することによりアイソレーション特性が、約１０ｄＢ向上し、本実施の形態１に係るアンテナ装置２００では、アイソレーション特性を確保し、面積を縮小することができた。

上述のように、シミュレーションモデルでは、従来のアンテナ装置１００のパッチ１４の一辺の長さが０．４５ｍｍであるのに対し、本実施の形態１のアンテナ装置２００のパッチ４の一辺の長さは０．３５ｍｍである。つまり、本実施の形態１のアンテナ装置２００は、従来のアンテナ装置１００と比較して、ＥＢＧによるアイソレーション特性を向上し、ＥＢＧの占有面積を低減することができる。占有面積を低減することができるため、アンテナ装置２００では、放射器２ａと放射器２ｂとの間隔が狭い場合であっても、ＥＢＧ８を配置することができる。

なお、上述のシミュレーションモデルの設定は、あくまで一例であり、本開示はこれに限定されない。例えば、放射器はダイポール型を用いて説明したが、平面に配置できるアンテナであれば、他の形状であっても良い。例えば、放射器は、ダイポール型ではなく、パッチアンテナであってもよい。

なお、アンテナ装置２００では、ビア６の長さ（間隔ｄ_２）が放射器２ａと反射器３ａの間隔および放射器２ｂと反射器３ｂの間隔（間隔ｄ_１）よりも長い例について示したが、ビア６の長さ（間隔ｄ_２）が放射器２ａと反射器３ａの間隔および放射器２ｂと反射器３ｂの間隔（間隔ｄ_１）よりも短くても良い。

また、放射器２ａと反射器３ａの間隔および放射器２ｂと反射器３ｂの間隔（間隔ｄ_１）が同じである例について示したが、放射器２ａと反射器３ａの間隔および放射器２ｂと反射器３ｂの間隔は、異なっていても良い。

以上説明したように、本実施の形態１のアンテナ装置２００は、誘電体基板１と、誘電体基板１に含まれる第１の配線層に配置される放射器２ａおよび放射器２ｂと、誘電体基板１に含まれる第２の配線層の、誘電体基板１の層厚方向において放射器２ａを投影した範囲を含む範囲に配置される反射器３ａと、第２の配線層の、層厚方向において放射器２ａと対向する位置を含む範囲に配置される反射器３ｂと、放射器２ａおよび放射器２ｂの間に配置されるＥＢＧ８と、を備える。ＥＢＧ８は、第１の配線層に配置されるパッチ４と、パッチ４に接続し、層厚方向に延びるビア６と、第２の配線層と異なる第３の配線層に配置され、ビア６に接続する接地電極５と、を備える。

この構成により、ＥＢＧのビアと接続する接地電極を、放射器に対する反射器が配置された層と別の層に配置し、ＥＢＧのビアの長さを放射器と反射器の間隔と別に調整できるため、アンテナ装置の設計の自由度が向上する。

例えば、ビア６を伸張させることによって、パッチ４のサイズを小さくできるため、放射器２ａと放射器２ｂの間隔が狭い場合でも、ＥＢＧ８を放射器２ａと放射器２ｂの間に配置できる。

また、例えば、ビア６を伸張させることによって、パッチ４のサイズを小さくできるため、放射器２ａと放射器２ｂの間に配置するパッチ４の数を増やすことができる。これにより、ＥＢＧ８の単位セル７の数（繰り返し数）を増やせるため、アンテナ間のアイソレーション特性をより向上させることができる。

また、例えば、放射器２ａと放射器２ｂの間隔が比較的広い場合には、パッチ４のサイズを大きくすることによって、ビア６を短くできるため、誘電体基板１の接地電極５よりも下方の内層に配線を設けることができる。

なお、本実施の形態１に係るアンテナ装置２００では、接地電極５と反射器３ａおよび反射器３ｂがビア９によって接続される例について示したが、本開示はこれに限定されない。接地電極５と反射器３ａおよび反射器３ｂとが接続されていなくても良い。

図１３は、本実施の形態１の変形例に係るアンテナ装置４００の一例を示す断面図である。図１３において、図３、図４と同様の構成については同一の符番を付し説明を省略する。また、アンテナ装置４００の上面図は、図３に示したアンテナ装置２００の上面図と同様である。図１３は、図３のＡ１−Ａ２における断面図に相当する。

アンテナ装置４００は、ビア９を省略する点で、アンテナ装置２００と相違する。このような構成であっても、反射器３ａおよび反射器３ｂは、それぞれ、放射器２ａおよび放射器２ｂから放射された電磁波を反射する機能を有する。そして、アンテナ装置４００は、アンテナ装置２００と同様の効果を奏する。

なお、本実施の形態１および本実施の形態１の変形例では、２つの放射器および２つの放射器と対になる２つの反射器が配置される例を示したが、本開示はこれに限定されない。放射器の数は、３つ以上であっても良いし、２つの放射器の組が、２つ以上あっても良い。その場合、反射器の数も放射器の数に応じて配置される。

なお、アンテナ装置２００および４００において、放射器２ａ、２ｂとパッチ４の周囲に、放射器２ａ、２ｂおよびパッチ４と同じ層に配置された接地電極があってもよい。

（実施の形態２）
図１４は、本実施の形態２に係るアンテナ装置５００の一例を示す上面図である。図１５は、図１４のＡ１−Ａ２における断面図である。なお、図１４、図１５において、図３、図４と同様の構成については、同一の符番を付し説明を省略する。

アンテナ装置５００は、誘電体基板１、放射器２（放射器２ａ、放射器２ｂおよび放射器２ｃ）、反射器３（反射器３ａ、反射器３ｂおよび反射器３ｃ）、接地電極５ａ、接地電極５ｂ、ＥＢＧ８ａ、ＥＢＧ８ｂおよび配線１０を有する。

放射器２ａ、放射器２ｂおよび放射器２ｃは、誘電体基板１の表面に、導体パターンを用いて形成される。放射器２ａと放射器２ｂの間隔は、Ｌ_１であり、放射器２ｂと放射器２ｃの間隔は、Ｌ_２（＞Ｌ_１）である。

反射器３ａ、反射器３ｂおよび反射器３ｃは、誘電体基板１の内層の面に、導体パターンを用いて形成される。反射器３ａは、放射器２ａを内層の面に投影した範囲を含む範囲に形成される。反射器３ｂは、放射器２ｂを内層の面に投影した範囲を含む範囲に形成される。反射器３ｃは、放射器２ｃを内層の面に投影した範囲を含む範囲に形成される。

放射器２ａと反射器３ａ、放射器２ｂと反射器３ｂ、および、放射器２ｃと反射器３ｃは、それぞれ、１つのアンテナとして機能する。

接地電極５ａは、反射器３ａ、反射器３ｂおよび反射器３ｃが形成された内層と異なる内層の面に、導体パターンを用いて形成される。図１５の例では、接地電極５ａが形成される内層の面は、反射器３ａ、反射器３ｂおよび反射器３ｃが形成された内層の面よりも、表層から、間隔ｄ_２離れて設けられる。接地電極５ａは、反射器３ａおよび反射器３ｂとビア９ａを介して接続する。

接地電極５ｂは、反射器３ａ、反射器３ｂおよび反射器３ｃが形成された内層と異なる内層の面に、導体パターンを用いて形成される。図１５の例では、接地電極５ｂが形成される内層の面は、反射器３ａ、反射器３ｂおよび反射器３ｃが形成された内層の面よりも、表層から、間隔ｄ_３離れて設けられる。接地電極５ｂは、反射器３ｂおよび反射器３ｃとビア９ｂを介して接続する。

そして、接地電極５ｂが形成される内層は、接地電極５ａが形成される内層と異なる。

ＥＢＧ８ａは、放射器２ａと放射器２ｂの間に設けられる。ＥＢＧ８ａは、表層に形成された複数のパッチ４ａと、各パッチ４ａと接地電極５ａを接続する複数のビア６ａとを含む。ビア６ａの長さは、パッチ４ａと接地電極５ａの間隔ｄ_２である。

ＥＢＧ８ｂは、放射器２ｂと放射器２ｃの間に設けられる。ＥＢＧ８ｂは、表層に形成された複数のパッチ４ｂと、各パッチ４ｂと接地電極５ｂを接続する複数のビア６ｂとを含む。ビア６ｂの長さは、パッチ４ｂと接地電極５ｂの間隔ｄ_３である。

放射器２と反射器３の間隔ｄ_１は、アンテナ利得が最大となるように決定される。放射器２ｂと放射器２ｃの間隔Ｌ_２が放射器２ａと放射器２ｂの間隔Ｌ_１より大きいため、パッチ４ｂと接地電極５ｂの間隔ｄ_３は、パッチ４ａと接地電極５ａの間隔ｄ_２よりも小さく設定できる。そのため、接地電極５ｂの表層と反対に設けられる層には、配線１０を形成することができる。

このような構成により、間隔ｄ_１と間隔ｄ_２と間隔ｄ_３を別々に調整できるため、ＥＢＧ８を含むアンテナ装置２００の設計の自由度を向上させることができる。例えば、放射器間の間隔に応じて、放射器間に設けるＥＢＧのパッチのサイズ、および／または、ビアの長さを調整できる。

例えば、図１４、図１５では、放射器間の間隔が比較的大きい放射器２ｂと放射器２ｃの間に設けるＥＢＧ８ｂのパッチ４ｂのサイズを大きくし、ビア６ｂの長さを短くすることができ、ビア６ｂと接続する接地電極５ｂを表層に近づけることができる。その結果、接地電極５ｂよりも下に配線１０を形成するスペースを設けることができる。

なお、本実施の形態２に係るアンテナ装置５００では、接地電極と反射器がビアによって接続される例について示したが、本開示はこれに限定されない。接地電極と反射器とが接続されていなくても良い。ただし、接地電極の間は、電気的に接続されている。

また、本実施の形態２に係るアンテナ装置５００では、３つの放射器および３つの放射器と対になる３つの反射器が一列に配置される例を示したが、本開示はこれに限定されない。放射器の数は、４つ以上であっても良いし、２つの放射器の組が、２つ以上あっても良い。その場合、反射器の数も放射器の数に応じて配置される。

なお、アンテナ装置５００において、放射器２ａ、２ｂ、２ｃとパッチ４ａ、４ｂの周囲に放射器２ａ、２ｂ、２ｃおよびパッチ４ａ、４ｂと同じ層に配置された接地電極があってもよい。

また、上述した各実施の形態において示したサイズ、間隔などの数値は、あくまで一例であり、本開示はこれに限定されない。

以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

＜本開示のまとめ＞
本開示におけるアンテナ装置は、誘電体基板と、前記誘電体基板に含まれる第１の配線層に配置される少なくとも第１と第２の放射器と、前記誘電体基板に含まれる第２の配線層の、前記誘電体基板の層厚方向において前記第１の放射器を投影した範囲を含む範囲に配置される第１の反射器と、前記第２の配線層の、前記層厚方向において前記第２の放射器を投影した範囲を含む範囲に配置される第２の反射器と、前記第１と第２の放射器の間に配置される第１の電磁バンドギャップと、を備え、前記第１の電磁バンドギャップは、前記第１の配線層に配置される第１のパッチと、前記誘電体基板の層厚方向において前記第２の配線層と異なる位置の第３の配線層に配置される第１の接地電極と、前記第１のパッチと前記第１の接地電極とを接続し、前記層厚方向に延びる第１のビアと、を備える。

本開示のアンテナ装置において、前記第１の放射器と前記第１の反射器は、第１のアンテナを構成し、前記第２の放射器と前記第２の反射器は、第２のアンテナを構成し、前記第１の電磁バンドギャップは、前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナの共振周波数を含む周波数範囲の信号を遮断するように設計される。

本開示のアンテナ装置において、前記第１の配線層と前記第３の配線層の間隔は、前記第１の配線層と前記第２の配線層の間隔よりも大きい。

本開示のアンテナ装置において、前記第１の放射器と前記第２の放射器との間隔が大きいほど、前記パッチのサイズを大きくし、前記第１の配線層と前記第３の配線層の間隔を狭くする。

本開示のアンテナ装置において、前記第１の配線層に配置される第３の放射器と、前記第２の配線層の、前記層厚方向において前記第３の放射器と対向する位置を含む範囲に配置される第３の反射器と、前記第２と第３の放射器の間に設けられる第２の電磁バンドギャップと、を備え、前記第２の電磁バンドギャップは、前記第１の配線層に配置される第２のパッチと、前記誘電体基板の層厚方向において前記第２の配線層および前記第３の配線層と異なる位置の第４の配線層に配置される第２の接地電極と、前記第２のパッチと前記第２の接地電極とを接続し、前記層厚方向に延びる第２のビアと、を備える。

本開示のアンテナ装置において、前記第１のビアは、前記第２のビアよりも長く、前記第１のパッチのサイズは、前記第２のパッチのサイズよりも小さい。

本開示は、ミリ波帯、テラヘルツ帯の周波数で動作するレーダーや通信などの無線通信モジュール用途として有用である。

１、１１ 誘電体基板
２ａ、２ｂ、２ｃ、１２ａ、１２ｂ 放射器
３ａ、３ｂ、３ｃ 反射器
４、４ａ、４ｂ、１４ パッチ
５、５ａ、５ｂ、１５ 接地電極
６、６ａ、６ｂ、９、９ａ、９ｂ、１６、２６ａ、２６ｂ ビア
７、１７ 単位セル
８、８ａ、８ｂ、１８ ＥＢＧ
１０ 配線
２６ スタックビア
２６ｃ 第１接続部
１００、２００、２００ａ、３００、４００、５００ アンテナ装置

Claims (6)

1. 誘電体基板と、
   前記誘電体基板に含まれる第１の配線層に配置される少なくとも第１と第２の放射器と、
   前記誘電体基板に含まれる第２の配線層の、前記誘電体基板の層厚方向において前記第１の放射器を投影した範囲を含む範囲に配置される第１の反射器と、
   前記第２の配線層の、前記層厚方向において前記第２の放射器を投影した範囲を含む範囲に配置される第２の反射器と、
   前記第１と第２の放射器の間に配置される第１の電磁バンドギャップと、
   を備え、
   前記第１の電磁バンドギャップは、
   前記第１の配線層に配置される第１のパッチと、
   前記誘電体基板の層厚方向において前記第２の配線層と異なる位置の第３の配線層に配置される第１の接地電極と、
   前記第１のパッチと前記第１の接地電極とを接続し、前記層厚方向に延びる第１のビアと、
   を備える、
   アンテナ装置。
2. 前記第１の放射器と前記第１の反射器は、第１のアンテナを構成し、
   前記第２の放射器と前記第２の反射器は、第２のアンテナを構成し、
   前記第１の電磁バンドギャップは、前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナの共振周波数を含む周波数範囲の信号を遮断するように設計される、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第１の配線層と前記第３の配線層の間隔は、前記第１の配線層と前記第２の配線層の間隔よりも大きい、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１の放射器と前記第２の放射器との間隔が大きいほど、前記パッチのサイズを大きくし、前記第１の配線層と前記第３の配線層の間隔を狭くする、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
5. 前記第１の配線層に配置される第３の放射器と、
   前記第２の配線層の、前記層厚方向において前記第３の放射器と対向する位置を含む範囲に配置される第３の反射器と、
   前記第２と第３の放射器の間に設けられる第２の電磁バンドギャップと、を備え、
   前記第２の電磁バンドギャップは、
   前記第１の配線層に配置される第２のパッチと、
   前記誘電体基板の層厚方向において前記第２の配線層および前記第３の配線層と異なる位置の第４の配線層に配置される第２の接地電極と、
   前記第２のパッチと前記第２の接地電極とを接続し、前記層厚方向に延びる第２のビアと、
   を備える、
   請求項１に記載のアンテナ装置。
6. 前記第１のビアは、前記第２のビアよりも長く、
   前記第１のパッチのサイズは、前記第２のパッチのサイズよりも小さい、
   請求項５に記載のアンテナ装置。

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