JP2019208127A - Array antenna substrate and communication module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えばマイクロ波、ミリ波等の高周波信号を送受信するアレイアンテナ基板、および通信モジュールに関するものである。 The present invention relates to an array antenna substrate and a communication module that transmit and receive high-frequency signals such as microwaves and millimeter waves.
近年、無線PAN(Personal Area Network)や車載レーダーなどに、マイクロ波また
はミリ波等の高周波信号を送受信するアンテナ素子が用いられるようになっている。このようなアンテナ素子としては、誘電体共振器アンテナが知られており、ゲインを向上させる目的で、このようなアンテナ素子が1つの誘電体基板に平面方向に複数配列されたアレイアンテナ基板が知られている(例えば、特許文献1および特許文献2を参照。)。
In recent years, antenna elements that transmit and receive high-frequency signals such as microwaves or millimeter waves have been used in wireless PANs (Personal Area Networks), on-vehicle radars, and the like. As such an antenna element, a dielectric resonator antenna is known. For the purpose of improving gain, an array antenna substrate in which a plurality of such antenna elements are arranged in a plane direction on a single dielectric substrate is known. (For example, see
しかしながら、従来のアレイアンテナ基板においては、複数のアンテナ素子への給電は並列給電によって行なわれており、そのための給電線路は多くの分岐点を有するものであった。このようなアレイアンテナ基板は、分岐による損失によってアンテナのゲインが低下し、また分岐の多い給電線路を配置するためのスペースが必要であるため大型化しやすいものであった。 However, in the conventional array antenna substrate, power supply to a plurality of antenna elements is performed by parallel power supply, and the power supply line therefor has many branch points. Such an array antenna substrate is easily increased in size because the gain of the antenna is reduced due to a loss due to branching, and a space for arranging a feeding line with many branches is required.
しかしながら、アレイアンテナ基板にはさらなる小型化およびゲイン、指向性の向上などのアンテナ特性のさらなる向上が要求されている。 However, the array antenna substrate is required to be further miniaturized and further improved in antenna characteristics such as gain and directivity.
本開示のアレイアンテナ基板は、複数の誘電体層が積層されてなり、第1の面および第2の面を有する誘電体基板と、該誘電体基板の第1の面に設けられ、高周波信号を送信または受信するための開口を有する表面導体、長さ方向が第1の方向であるスロットを有する接地導体、および長さ方向が前記第1の方向と直交する第2の方向である給電線路導体が、この順で、間に前記誘電体層を挟んで互いに対向して配置されており、前記開口に沿って周状に所定の間隔を空けて設けられ、前記誘電体層を貫通している複数の貫通導体によって、前記表面導体と前記接地導体とが電気的に接続されているアンテナ素子領域と、該アンテナ素子領域が、少なくとも前記第2の方向に複数個接して配列されているアレイ部と、を備えており、前記給電線路導体は前記第2の方向に配列されている複数の前記アンテナ素子領域間で直列に接続されて前記第2の方向に伸びており、前記高周波信号の自由空間波長をλ0としたとき、前記アンテナ素子領域の配列ピッチはλ0/2の奇数倍であり、前記スロットの前記第2の方向の配列ピッチは前記給電線路導体を伝送する信号の実効波長の整数倍である。 An array antenna substrate of the present disclosure is formed by laminating a plurality of dielectric layers, provided on a dielectric substrate having a first surface and a second surface, and on the first surface of the dielectric substrate. A surface conductor having an opening for transmitting or receiving a signal, a ground conductor having a slot whose length direction is the first direction, and a feed line whose length direction is a second direction orthogonal to the first direction Conductors are arranged in this order so as to face each other with the dielectric layer in between, and are provided circumferentially at a predetermined interval along the opening and penetrate the dielectric layer. An antenna element region in which the surface conductor and the ground conductor are electrically connected by a plurality of through conductors, and an array in which a plurality of antenna element regions are in contact with each other in at least the second direction And the power supply Road conductor extends is connected in series with the second direction between a plurality of said antenna element region are arranged in the second direction, when the free space wavelength of the RF signal and lambda 0, the arrangement pitch of the antenna element region is an odd multiple of lambda 0/2, the array pitch of the second direction of the slot is an integer multiple of the effective wavelength of the signal transmitted through said feed line conductor.
本開示の通信モジュールは、前記誘電体基板の前記第1の面とは反対側の第2の面に半導体素子の搭載部を有しているアレイアンテナ基板の前記搭載部に半導体素子が搭載されている。 In the communication module according to the present disclosure, the semiconductor element is mounted on the mounting portion of the array antenna substrate having the mounting portion of the semiconductor element on the second surface opposite to the first surface of the dielectric substrate. ing.
本開示の1つの態様のアレイアンテナ基板によれば、配列された複数のアンテナ素子に対して直列給電であるので、分岐による損失が少なくゲインが高いものとなり、小型化が可能である。また、アンテナ素子領域の配列ピッチがλ0/2の奇数倍であるとともに、スロットの配列ピッチが実効波長の整数倍であるので、サイドローブが小さく、指向性の高いアレイアンテナになる。すなわち、小型でアンテナ特性が向上したアレイアンテナ基板となる。 According to the array antenna substrate of one aspect of the present disclosure, since the plurality of arranged antenna elements are serially fed, the loss due to branching is small and the gain is high, and the size can be reduced. Also, with an odd multiple of the arrangement pitch of lambda 0/2 antenna element region, the arrangement pitch of the slots is an integer multiple of the effective wavelength, the side lobes are small, it becomes highly directional array antenna. That is, the array antenna substrate is small and has improved antenna characteristics.
本開示の通信モジュールによれば、外部回路基板に半導体素子とアレイアンテナ基板を搭載して通信モジュールとする場合に比較して、損失が小さく高周波信号の送信および受信の効率の良いものとなるとともに、小型の通信モジュールとすることができる。 According to the communication module of the present disclosure, compared to a case where a semiconductor element and an array antenna substrate are mounted on an external circuit board to form a communication module, loss is small and high-frequency signal transmission and reception efficiency is improved. A small communication module can be obtained.
アレイアンテナ基板について、添付の図面を参照して説明する。各図面には、説明の便宜上、xyz直交座標を付しており、以下、z方向の正側を上方として上面等の語を用いて説明する場合がある。なお、以下の説明における上下の区別は便宜的なものであり、実際にアレイアンテナ基板が使用されるときの上下を限定するものではない。図1はアレイ
アンテナ基板の一例を示し、図1(a)は平面図であり、図1(b)は図1(a)のB−B線における断面図である。図2はアレイアンテナ基板の他の一例を示し、図2(a)は平面図であり、図2(b)は図2(a)のB−B線における断面図である。図3は図2に示すアレイアンテナ基板の分解斜視図である。図4は図3のA部を拡大して示す分解斜視図である。図5はアレイアンテナ基板の他の一例を示し、図5(a)は平面図であり、図5(b)は図5(a)のB−B線における断面図であり、図5(c)は図5(a)のC−C線における断面図である。図6はアレイアンテナ基板の他の一例を示し、図6(a)は平面図であり、図6(b)は図6(a)のB−B線における断面図であり、図6(c)は図6(a)のC−C線における断面図である。図7はアレイアンテナ基板の他の一例を示し、図7(a)は平面図であり、図7(b)は(a)のB−B線における断面図であり、図7(c)は図7(a)のC−C線における断面図である。図8は図7に示すアレイアンテナ基板の分解斜視図である。図9はアレイアンテナ基板の他の一例を示す平面図である。図10(a)は図9のA部を拡大して示す平面図であり、図10(b)および図10(c)はアレイアンテナ基板の他の一例の要部を拡大して示す平面図である。図11(a)および図11(b)はアレイアンテナ基板の他の一例を示す平面図である。図12は通信モジュールの一例を示し、図12(a)はアレイアンテナ基板の第1の面側からの斜視図であり、図12(b)は図12(a)のB−B線における断面図であり、図12(c)はアレイアンテナ基板の第2の面側からの斜視図である。図13は図12の通信モジュールにおけるアレイアンテナ基板の一部を分解して示す分解斜視図である。
The array antenna substrate will be described with reference to the attached drawings. Each drawing has xyz orthogonal coordinates for convenience of explanation, and hereinafter, there may be a case where a positive side in the z direction is set upward and a word such as a top surface is used. In the following description, the distinction between the upper and lower sides is for convenience, and the upper and lower sides when the array antenna substrate is actually used are not limited. FIG. 1 shows an example of an array antenna substrate, FIG. 1 (a) is a plan view, and FIG. 1 (b) is a sectional view taken along line BB in FIG. 1 (a). 2 shows another example of the array antenna substrate, FIG. 2 (a) is a plan view, and FIG. 2 (b) is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 2 (a). 3 is an exploded perspective view of the array antenna substrate shown in FIG. 4 is an exploded perspective view showing a portion A of FIG. 3 in an enlarged manner. FIG. 5 shows another example of the array antenna substrate, FIG. 5 (a) is a plan view, FIG. 5 (b) is a sectional view taken along line BB in FIG. 5 (a), and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. FIG. 6 shows another example of the array antenna substrate, FIG. 6 (a) is a plan view, FIG. 6 (b) is a sectional view taken along line BB in FIG. 6 (a), and FIG. ) Is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. FIG. 7 shows another example of the array antenna substrate, FIG. 7 (a) is a plan view, FIG. 7 (b) is a sectional view taken along line BB in FIG. 7 (a), and FIG. It is sectional drawing in the CC line of Fig.7 (a). FIG. 8 is an exploded perspective view of the array antenna substrate shown in FIG. FIG. 9 is a plan view showing another example of the array antenna substrate. FIG. 10A is an enlarged plan view showing part A of FIG. 9, and FIG. 10B and FIG. 10C are enlarged plan views showing main parts of another example of the array antenna substrate. It is. FIG. 11A and FIG. 11B are plan views showing another example of the array antenna substrate. FIG. 12 shows an example of a communication module, FIG. 12 (a) is a perspective view from the first surface side of the array antenna substrate, and FIG. 12 (b) is a cross section taken along line BB in FIG. 12 (a). FIG. 12C is a perspective view from the second surface side of the array antenna substrate. 13 is an exploded perspective view showing a part of the array antenna substrate in the communication module of FIG. 12 in an exploded manner.
アレイアンテナ基板100は、図1、図2、図5〜図7、図9および図11〜図13に示す例のように、第1の面11および第2の面12を有する誘電体基板1に、複数のアンテナ素子領域110が配列されたものである。言い換えれば、アレイアンテナ基板100は、複数のアンテナ素子領域110が複数個配列されているアレイ部120を備えている。誘電体基板1は、図1に示す例のように、複数の誘電体層1aが積層されてなるものである。図1〜図3に示す例では誘電体基板1は3層の誘電体層1aを有している。図5〜図8に示す例では誘電体基板1は4層の誘電体層1aを有している。図12に示す例では誘電体基板1は7層の誘電体層1aを有している。
The
アンテナ素子領域110は、図1、図2、図5〜図7および図12に示す例のように、誘電体基板1の第1の面11に設けられ、高周波信号を送信または受信するための開口2aを有する表面導体2と、長さ方向が第1の方向であるスロット3aを有する接地導体3と、長さ方向が第1の方向と直交する第2の方向である給電線路導体4と、貫通導体5とを有している。第2の方向は送受信する高周波信号の電界方向である。各図面おいては、第1の方向はy方向であり、第2の方向はx方向である。各アンテナ素子領域110において、表面導体2、接地導体3および給電線路導体4が、この順で、間に誘電体層1aを挟んで互いに対向して配置されている。表面導体2と接地導体3とは、開口2aに沿って周状に所定の間隔を空けて設けられ、誘電体層1aを貫通している複数の貫通導体5によって、電気的に接続されている。表面導体2と接地導体3との距離は、アレイアンテナ基板100内で伝送される信号、給電線路導体4を伝送する信号の実効波長(λg)の1/4(λg/4)である。このような構成により、アンテナ素子領域110には誘電体共振器アンテナが構成されている。
The
なお、図3、図8および図13では貫通導体5を省略して見やすくしている。図3のA部を拡大して示す図4においては、貫通導体5を破線で示しており、接続端である両端部は黒丸で示している。なお、図4においては1つのアンテナ素子領域110における貫通導体5の配列のみを示している。また、図1〜図8、図12および図13に示す例では、表面導体2と接地導体3との間に2層の誘電体層1aが介在しており、この2層の誘電体層1aの層間には層間導体5aが設けられている。この層間導体5aは必ずしも必要ではないが、表面導体2と接地導体3との間に複数層の誘電体層1aを設ける場合には、層間
導体5aを設けることで各誘電体層1aを貫通する貫通導体5同士の接続性を向上させることができる。
In FIG. 3, FIG. 8, and FIG. 13, the through
アレイ部120において、複数のアンテナ素子領域110は、少なくとも第2の方向に複数個接して配列されている。図1および図2に示す例のアレイアンテナ基板100は、第2の方向(x方向)のみに4つのアンテナ素子領域110が配列されたアレイ部120を1つ備えている。図5〜図7および図11に示す例のアレイアンテナ基板100は、第2の方向(x方向)に4つ、第1の方向(y方向)に2つのアンテナ素子領域110が配列されたアレイ部120を1つ備えている。図9に示す例のアレイアンテナ基板100は、第2の方向(x方向)に4つ、第1の方向(y方向)に3つのアンテナ素子領域110が配列されたアレイ部120を1つ備えている。なお、これらの図において、1つのアレイ部120は二点鎖線で囲んで示しており、アンテナ素子領域110の外縁を長破線で示している。図12および図13に示す例のアレイアンテナ基板100は、第2の方向(x方向)に8つ、第1の方向(y方向)に2つのアンテナ素子領域101が配列されたアレイ部102を2つ備えており、アレイ部102は第1の方向に配列されている。
In the
1つのアレイ部120において、複数のアンテナ素子領域110は接して配列されている。そのため、誘電体基板1の第1の面11において1つの表面導体2に複数の開口2aが設けられているように見える。また、各アンテナ素子領域110における給電線路導体4は第2の方向に配列されている複数のアンテナ素子領域110間で直列に接続されている。そのため、アレイ部120において、第2の方向に配列された複数のアンテナ素子領域110で構成される一列に対して第2の方向に伸びる1つの給電線路導体4が設けられている。このように、第2の方向に配列された複数のアンテナ素子領域110に対して、分岐のない1つの直線状の給電線路導体4による直列給電であるため分岐による給電信号の損失がないので、アンテナのゲインが高いものとなる。また、給電線路導体4を設けるためのスペースが小さくて済むので、アレイアンテナ基板100を小型化することができる。
In one
図1に示す例では、給電線路導体4の右側(x方向の−側)の端部は外部から信号が入力される(給電される)給電端4aであり、平面透視でアレイ部120の外側(右側)に位置している。給電端4aとは反対側に位置する左側(x方向の+側)の端部(先端4b)は最も左側のアンテナ素子領域110のスロット3aより左側に位置している。この先端4bとスロット3aの幅方向(第2の方向)の中心との距離は実効波長λgの1/4(λg/4)とすることができる。このようにすると、給電線路導体4を伝送してきた信号と、先端4bで反射した反射信号とが打ち消し合うので、先端4bでの反射による放射特性の劣化を低減することができる。
In the example shown in FIG. 1, the right end (− side in the x direction) of the
アレイアンテナ基板100では各アンテナ素子領域110の開口2aから高周波信号を送信または受信するが、この高周波信号の自由空間波長をλ0としたとき、アンテナ素子領域110の第2の方向の配列ピッチ(図1および図2に示すPa2)はλ0/2の奇数倍である。一方、各アンテナ素子領域110のスロット3aの第2の方向の配列ピッチ(図1および図2に示すPs)は給電線路導体4を伝送する信号の実効波長(λg)の整数倍である。アンテナ素子領域110の配列ピッチPa2がλ0/2の奇数倍であるので、第2の方向に隣り合うアンテナ素子領域110から放射される電波の位相差が180°になり、第2の方向に放射する電波が相殺されアレイアンテナ全体のサイドローブが低減される。スロット3aの配列ピッチPsが実効波長(λg)の整数倍であるので、給電線路導体4から各スロット3aへ伝送される信号の位相差がないものとなる。言い換えれば、各スロット3aで同じタイミングで信号が最大振幅となり、各スロット3aでの共振のタイミングがそろうので、サイドローブが小さい、指向性が高いアレイアンテナになる。このようなことから、アレイアンテナ基板100は小型でアンテナ特性が向上したものとな
る。ここで、スロット3aの配列ピッチPsが実効波長λgの整数倍であるとは、例えば厳密な1.0倍でなく、0.9倍〜1.1倍のように厳密な整数倍に対して10%の幅を持っているものである。例えば、実効波長λgが1.84mmである場合には、スロット3aの配列ピッチPsは1.66mm〜2.02mmとすることができる。信号の波長に対して振幅が大きくなく波形が急峻ではないので、この程度の幅の範囲であれば、各スロット3aにおいて最大振幅と同程度の振幅となってサイドローブの小さい、指向性の高いアレイアンテナとなる。
The
図1および図2に示す例において、スロット3aの配列ピッチPsはアンテナ素子領域110の配列ピッチPa2よりも小さい。上述したように、表面導体2と接地導体3との距離は、これらの間における実効波長λg1の1/4(λg1/4)である。アレイアンテナ基板100を薄型のものとするには、この実効波長λg1を小さくすればよい。実効波長λg1は誘電体層1aの比誘電率が大きいほど小さくなる。このとき、給電線路導体4の周りの誘電体層1aの比誘電率も同時に大きくなり、給電線路導体4を伝送する信号の実効波長λgもまた小さくなる。また、アンテナ素子領域110の配列ピッチPa2がλ0/2の奇数倍であればよいが、小型化のためにはアンテナ素子領域110の配列ピッチPa2はより小さい方がよく、アンテナ素子領域110の配列ピッチPa2をλ0/2(λ0/2の1倍)とするとよい。そのため、給電線路導体4が図1および図2に示す例のようなマイクロストリップ線路である場合には、誘電体層1aの比誘電率が概ね5以上であるとスロット3aの配列ピッチPsがアンテナ素子領域110の配列ピッチPa2よりも小さくなる。スロット3aの配列ピッチPsとアンテナ素子領域110の配列ピッチPa2とが異なるため、各アンテナ素子領域110におけるスロット3aの位置は互いに異なるものとなる。
In the example shown in FIGS. 1 and 2, the arrangement pitch Ps of the
図1に示す例においては、第2の方向に配列されている4つのアンテナ素子領域110のうち一番左側、言い換えれば給電線路導体4の先端4b側のアンテナ素子領域110(111)においてはスロット3aがアンテナ素子領域110における第2の方向の中心に位置している。これに対して、図2に示す例においては、第2の方向に配列されている4つのアンテナ素子領域110のうち一番右側、言い換えれば給電線路導体4の給電端4aに最も近い位置のアンテナ素子領域110(111)においてはスロット3aがアンテナ素子領域110における第2の方向の中心に位置している。ここで、第2の方向に配列されている4つのアンテナ素子領域110のうち、スロット3aがアンテナ素子領域110における第2の方向の中心に位置しているものを第1アンテナ素子領域111と呼ぶ。
In the example shown in FIG. 1, the leftmost of the four
平面透視でスロット3aが、アンテナ素子領域110の中心、言い換えれば開口2aの中心と重なる位置にあると、誘電体基板1の第1の面11に対して鉛直方向(天頂方向、図面におけるz方向)に強い信号が放射されやすい、言い換えれば指向性が高いものとなるので、通常は、スロット3aはアンテナ素子領域110の中心に配置される。しかしながら、スロット3aの配列ピッチPsとアンテナ素子領域110の配列ピッチPa2が異なると、一列に配列された複数のアンテナ素子領域110のうちの1つしかスロット3aが中心に位置している第1アンテナ素子領域111とすることができない。
When the
また、上述したように、直線状の給電線路導体4で複数のアンテナ素子領域110に給電すると、並列給電に比較して分岐がないので全体として損失が小さく、ゲインの高いアレイアンテナを得ることができる。しかしながら、給電線路導体4の給電端4aから各アンテナ素子領域110(のスロット3a)までの距離が異なり、距離が長いほど損失が大きくなる。逆に給電端4aに近いほど損失が小さいので、給電端4aに近いアンテナ素子領域110ほどゲインが大きくなる。指向性の高い第1アンテナ素子領域111を給電端4aに最も近い位置に配置すると、指向性の高い第1アンテナ素子領域111のゲインが最も大きくなるので、アレイ全体としての指向性が高くなる。すなわち、より指向性の高
いものとするために、第2の方向に配列されている複数のアンテナ素子領域110が、スロット3aがアンテナ素子領域110における第2の方向の中心に位置している第1アンテナ素子領域111を含み、第1アンテナ素子領域111は第2の方向において給電線路導体4の給電端4aに最も近い位置にあるアレイアンテナ基板100とすることができる。
Further, as described above, when a plurality of
図5〜図7に示す例のアレイアンテナ基板100は、いずれも第2の方向に4つ、第1の方向に2つ(2列)のアンテナ素子領域110が配列されたアレイ部120を1つ備えている。給電線路導体4は、第2の方向に配列された4つのアンテナ素子領域110で構成される2列の群に対してそれぞれ1つずつ、計2つ配置されている。図5に示す例のアレイアンテナ基板100では、2つの第1アンテナ素子領域111がいずれも給電端4aから最も離れた位置に配置されている。これとは逆に、図6に示す例のアレイアンテナ基板100では、2つの第1アンテナ素子領域111がいずれも給電端4aに最も近い位置に配置されている。また、図7に示す例のアレイアンテナ基板100は、2つの第1アンテナ素子領域111のうちの一方は給電端4aに最も近い位置に配置され、他方は給電端4aから最も離れた位置に配置されている。
The
第1アンテナ素子領域111が給電端4aから最も離れた位置に配置される場合、第1アンテナ素子領域111が給電端4aに最も近い位置に配置される場合のいずれもわずかではある第2の方向(x方向)に指向性を有する放射特性となり、この第2の方向(x方向)指向性は互いに逆向きとなる。また、上述したように、第1アンテナ素子領域111が給電端4aから最も離れた位置に配置される場合に対して、第1アンテナ素子領域111が給電端4aに最も近い位置に配置される場合の方が、サイドローブが低減されて指向性が高められる。これは1つのアレイ部120においてアンテナ素子領域110を第1の方向に複数列設ける場合でも同様である。
A second direction in which both the first
しかしながら、第1の方向に複数列のアンテナ素子領域110を配列すると、第2の方向(x方向)への放射、すなわち放射したい鉛直方向(天頂方向)に対して90度方向のサイドローブも増加してしまう場合がある。第1アンテナ素子領域111が給電端4aに最も近い位置に配置される場合は、給電端4aとは反対側(x方向の+側)への放射が増加し、第1アンテナ素子領域111が給電端4aから最も離れた位置に配置される場合は、給電端4a側(x方向の−側)への放射が増加する。第2の方向(x方向)への放射が増加すると、例えばアレイアンテナ基板100をビームフォーミング式のレーダーに用いた場合には、この放射によって不要な物を検知しやすくなってしてしまう可能性がある。これに対して、図7に示す例のように、第1アンテナ素子領域111が給電端4aから最も離れた位置に配置されている列と、第1アンテナ素子領域111が給電端4aに最も近い位置に配置される列とを備えていると、第2の方向の指向性が互いに逆のものが隣接していることで全体としては第2の方向への放射が小さいものとなる。
However, when a plurality of rows of
このように、全体の指向性を高めるとともに第2の方向への放射を抑えるために、1つのアレイ部120が、アンテナ素子領域110が第1の方向に複数個接して配列された複数列で構成されており、スロット3aがアンテナ素子領域1110における第2の方向の中心に位置している第1アンテナ素子領域111が給電線路導体4の給電端4aに最も近い第1の列121と、第1アンテナ素子領域111が給電線路導体4の給電端4aから最も遠い第2の列122とが第1の方向に互いに隣り合って配置されているアレイアンテナ基板100とすることができる。
In this way, in order to increase the overall directivity and suppress radiation in the second direction, one
図7および図8に示す例では、第1の方向に2列配列されたアレイ部120であり、第1アンテナ素子領域111が給電線路導体4の給電端4aに最も近い第1の列121と、第1アンテナ素子領域111が給電線路導体4の給電端4aから最も遠い第2の列122
とをそれぞれ1つずつ備えている。これに対して、図9に示す例では、第1の方向に3列配列されたアレイ部120であり、2つの第1アンテナ素子領域111が給電線路導体4の給電端4aに最も近い第1の列121で、1つの第1アンテナ素子領域111が給電線路導体4の給電端4aから最も遠い第2の列122を挟んで配列されている。言い換えれば、第1の列121と第2の列122とが第1の方向に交互に配置されている。これとは逆に、2つの第2の列122で、1つの第1の列121を挟んで配列することもできるが、第1の列が多い方がより指向性の高いものとなる。
In the example shown in FIGS. 7 and 8, the
And one each. On the other hand, in the example shown in FIG. 9, the
また、アレイ部120が第1の方向にも複数のアンテナ素子領域110が配列されている場合には、アンテナ素子領域110の第1の方向の配列ピッチPa1もまたλ0/2の奇数倍とすることができる。このようにすると、第1の方向に隣り合うアンテナ素子領域110から放射される電波の位相差が180°になり、第1の方向に放射する電波が相殺され、サイドローブが低減される。このとき、アレイアンテナ基板100を小型化するためにはアンテナ素子領域110の第1の方向の配列ピッチPa1もより小さい方がよく、アンテナ素子領域110の第1の方向の配列ピッチPa1をλ0/2(λ0/2の1倍)とするとよい。
Further, if the
表面導体2の開口2aの大きさが大きいほどゲインを大きくすることができる。例えば、アレイアンテナ基板100を小型化するためにアンテナ素子領域110の第1の方向の配列ピッチPa1および第2の方向の配列ピッチPa2をλ0/2とすると、表面導体2の開口2aは一辺の長さがλ0/2未満でλ0/2にできるだけ近い寸法の正方形状となる。
The gain can be increased as the size of the
図10(a)〜図10(c)に、表面導体2の開口2aの形状が正方形状である例を示す。図10(b)および図10(c)は正方形である。図10(b)および図10(c)に示す例の貫通導体5は、平面視で表面導体2の開口2aより外側に位置しており、開口2aの外側で表面導体2に接続している。これに対して図10(a)に示す例では、貫通導体5は、平面視で半分が開口2a内に位置して半分が開口2aの外側に位置している。貫通導体5と表面導体2との接続性を高めるために、開口2aの形状は、正方形の辺の一部が内側に突出した形状となっている。開口2aの形状が正方形状であるとは、正方形だけでなくこのような形状を含んでいることを表している。
FIG. 10A to FIG. 10C show an example in which the shape of the
隣接する2つのアンテナ素子領域110の境界(図中の長破線)上に1列に貫通導体5を配列して、隣接する2つのアンテナ素子領域110間で共通の貫通導体5とすることもできる。これに対して、図10(a)〜図10(c)に示す例のように、隣接する2つのアンテナ素子領域110の境界部、すなわち隣接する2つの開口2aの間において、貫通導体5は、隣接するアンテナ素子領域110のそれぞれの開口2aに沿って設けられて、平面透視で2列にすることができる。貫通導体5を隣接するアンテナ素子領域110のそれぞれの開口2aに沿って2列に設けることで、隣接する2つのアンテナ素子領域110間のアイソレーションを向上でき、アレイアンテナの動作性能を向上させることができる。
It is also possible to arrange the through
図10(a)および図10(b)に示す例においては、2列に配列された貫通導体5は、第1の方向における位置が同じである。言い換えれば、2列に配列された貫通導体5は、第2の方向に側面視した場合に、互いに重なる位置にある。これに対して、図10(c)に示す例では、2列に配列された貫通導体5は、第2の方向における位置が異なっており、第1の方向に側面視した場合に、互いに重なる位置にある。言い換えれば、貫通導体5は、隣接する2つのアンテナ素子領域110の境界部において平面透視で千鳥状配列とすることができる。
In the example shown in FIGS. 10A and 10B, the through
ゲインを大きくするために開口2aをできるだけ大きくしようとすると、隣接するアンテナ素子領域110の開口2a間に配置された2列の貫通導体5の間の間隔が小さくなる。間隔が小さくなると隣接するアンテナ素子領域間のアイソレーションが劣化したり、誘電体基板の貫通導体5間にクラックが発生したりする場合がある。千鳥配列にすることで間隔を大きくすることができるので、隣接するアンテナ素子領域間のアイソレーションを維持でき、誘電体基板の貫通導体5間にクラックの発生する可能性を低減することができる。
In order to increase the
開口2aは、第2の方向に伸びる帯状導体21と第1の方向に伸びる接続導体22とによって規定されている。より詳細には、開口2aを第1の方向に挟んで位置する一対の帯状導体21と、開口2aを第2の方向に挟んで位置しており、一対の帯状導体21の近接する端部同士を接続する一対の接続導体22とによって開口2aが規定されている。
The
表面導体2における第2の方向で開口2aに挟まれている部分(図11に示す接続導体22)の幅(第2の方向の長さ)は、アンテナ素子領域110の第2の方向の配列ピッチPa2から開口2aの第2の方向の長さを差し引いた長さとなる。また、表面導体2における第1の方向で開口2aに挟まれている部分(図11に示す帯状導体21)の幅(第1の方向の長さ)もまた同様で、アンテナ素子領域110の第1の方向の配列ピッチPa1から開口2aの第1の方向の長さを差し引いた長さとなる。この表面導体2における開口2aに挟まれている部分は、開口2aを大きくするためには小さくする必要があるが、表面導体2における外縁部、すなわち第1の方向の両端に位置する帯状導体21および第2の方向の両端に位置する接続導体22についてはその幅を大きくすることができる。図11(a)および図11(b)はいずれも第1の方向の両端に位置する帯状導体21の幅を大きくした例である。アンテナ素子領域110は、図11(a)に示す例では第1の方向に2列配列されており、図11(b)に示す例では第1の方向には1列のみである。図11(b)に示す例においては、第1の方向において開口2aに挟まれている帯状導体21はなく、両端の帯状導体21のみを備えるものである。
The width (length in the second direction) of the portion (
開口2aを第1の方向に挟んで位置する帯状導体21のうち、アレイ部120における第1の方向の両端に位置する帯状導体21の第1の方向の幅は、高周波信号の自由空間波長をλ0としたときλ0/4〜λ0/2であるアレイアンテナ基板100とすることができる。第1の方向の両端に位置する帯状導体21の第1の方向の幅wがλ0/4以上と大きいことによって第1の方向(y方向)と上方(z方向)によるyz面内のサイドローブを低くすることができるとともに、帯状導体21の第1の方向の幅wがλ0/2以下であることによってゲインの低下を抑えることができる。
Of the strip-shaped
また、アレイ部102における第2の方向の両端に位置する接続導体22の第2の方向の幅についてはλ/8以下とすることができる。接続導体22の幅が広いことによるゲインの低下と、サイドローブの増加を抑えることができる。
Further, the width in the second direction of the
図13に示す例のように、各アンテナ素子領域110の給電線路導体4には給電配線導体8が接続されている。各アンテナ素子領域110が電波を送信する場合は、たとえば高周波用半導体素子から出力された高周波信号が、給電配線導体8により各給電線路導体4に伝送され、給電線路導体4と電磁気的に結合されている接地導体3のスロット3aを介して、表面導体2、貫通導体5、接地導体3で囲まれた共振領域を伝送して表面導体2の開口2aから放射される。なお、電波を受信する場合は、表面導体2の開口2aで電波を受信し、送信の場合とは逆の流れで高周波信号が給電線路導体4に到達する。
As in the example shown in FIG. 13, the
アレイアンテナは同じ構造および寸法のアンテナを複数近接して配列することで、ゲインを高めようとするものである。複数のアンテナ素子領域110で送受信する高周波信号
はその特性のばらつきが小さいことが望まれる。そのためには、各アンテナ素子領域110の給電線路導体4へ高周波信号を伝送する給電配線導体8の伝送ばらつきが小さい必要がある。この伝送ばらつきは、各アンテナ素子領域110の給電線路導体4までの給電配線導体8の伝送損失のばらつきが小さければ小さいものとなる。伝送損失のばらつきは伝送線路の長さおよび形状を同等にすることで小さくすることができる。
The array antenna is intended to increase the gain by arranging a plurality of antennas having the same structure and size close to each other. It is desired that the high-frequency signals transmitted and received in the plurality of
以上のようなアレイアンテナ基板100は、例えば図12に示す例のように、誘電体基板1の第1の面11とは反対側の第2の面12に設けられた電極7を備えており、この電極を介して外部回路に接続される。電極7は誘電体基板1に設けられた配線導体を介して接地導体3および給電線路導体4に電気的に接続されている。これにより外部回路、例えば外部回路基板に搭載された高周波用半導体素子とアンテナ素子領域110の給電線路導体4とが電気的に接続され、高周波信号が伝送される。
The
図12に示す例のアレイアンテナ基板100のように、誘電体基板1の第1の面11とは反対側の第2の面12に半導体素子200の搭載部130を有しているアレイアンテナ基板100とすることができる。そして、このようなアレイアンテナ基板100の搭載部130に半導体素子を搭載することで通信モジュール300とすることができる。外部回路基板に半導体素子200とアレイアンテナ基板を搭載して通信モジュールとする場合に比較して、半導体素子200とアンテナ素子領域110(の給電線路導体)との間の配線長が短くなるので、損失が小さく高周波信号の送信および受信の効率の良いものとなる。また、アレイアンテナ基板100と半導体素子200とが重なって配置されるので、小型の通信モジュール300となる。図12に示す例の通信モジュール300のアレイアンテナ基板100はアレイ部120を2つ備えているので、例えば、1つのアレイ部120を送信用とし、他の1つのアレイ部120を受信用とすることができる。このような通信モジュール300は、例えば車間測定用の車載レーダー装置に用いることができる。
An array antenna substrate having a mounting
図12に示す例のアレイアンテナ基板100における搭載部130は、誘電体基板1の第2の面12の中央部に設けられた凹部であり、凹部の底面に設けられた接続パッド(不図示)と半導体素子200の電極(不図示)とが電気的に接続される。誘電体基板1の第2の面12における凹部の周囲には電極7がある。電極7は誘電体基板1に設けられた配線導体(不図示)を介して接地導体3および接続パッドに電気的に接続されている。接続パッドはまた、誘電体基板1の内部に設けられた配線導体を介して給電線路導体4に接続されている。図12に示す例のアンテナ素子領域110の構成を示す分解斜視図である図13においては、接続パッドと給電線路導体4とが給電配線導体8を介して接続されている例を示している。給電配線導体8は1つのアレイ部120に対して1つ配置されている。図13に示す例では、接続パッドに接続された配線導体と給電配線導体8とが貫通導体で接続されている。貫通導体は給電配線導体8の給電点に接続されており、給電点から各給電線路導体4までの間の伝送損失のばらつきを小さくするために、給電配線導体8の給電点から1つのアレイ部120の2つの給電線路導体4のそれぞれに対して等長となっている。
The mounting
図1〜図3および図4〜図8に示す例のアレイアンテナ基板100においては、給電線路導体4はマイクロストリップ線路であるが、高周波信号を伝送することができるものであればよく、図12および図13に示す例のアレイアンテナ基板100においては、給電線路導体4は誘電体層1aを介して対向する第2接地導体6とともに構成されているストリップ線路である。マイクロストリップ線路の場合は誘電体基板1の第2の面12に給電線路導体4が設けられるが、ストリップ線路の場合は、給電線路導体4は誘電体基板1内に配置され、給電線路導体4から第2の面12にかけて配線導体を形成することができ、図12に示す例のような通信モジュール300を構成するのが容易なアレイアンテナ基板100とすることができる。
In the
上述したアレイアンテナ基板100においては、表面導体2と接地導体3とを接続する貫通導体5のみを備えているが、例えば図12および図13に示す例のアレイアンテナ基板100において、給電線路導体4を囲むように配列され、第2接地導体6と接地導体3とを電気的に接続する貫通導体を備えるものとすることもできる。この貫通導体が電磁界シールドとなり、給電線路導体4のアイソレーション特性が向上し、給電線路導体4による高周波信号の伝送特性が向上する。また、この貫通導体はスロット3aを取り囲むように接地導体3に接続されていてもよい。この場合にはスロット3aに給電された信号が表面導体2へ効率よく伝送される。
In the
誘電体基板1は凹部を有していない平板状であってもよいが、凹部を有していると半導体素子200がアレイアンテナ基板100(誘電体基板1の第2の面12)から突出していないので、半導体素子の保護が容易であり、また電極7と外部回路基板との接続が容易である。アレイアンテナ基板100における搭載部130が誘電体基板1の第2の面12に設けられた凹部である場合は、凹部内に封止樹脂を充填して半導体素子200を封止することもできる。
The
半導体素子200は、信号処理、増幅、送受切換、位相切換、周波数切換等をするための回路を備えており、この回路によりアレイアンテナ基板100で送受信する信号が制御される。
The
誘電体基板1は、アレイアンテナ基板100の基本的な構造部分であり、アレイアンテナ基板100としての機械的な強度の確保、および複数の表面導体2と接地導体3との間等の導体間の絶縁性の確保等の機能を有している。誘電体基板1は、例えば上から見たときに(平面視において)正方形状または長方形状等の四角形状で、平板状である。誘電体基板1の寸法は、例えば、四角形の一辺の長さが3mm〜100mmで、厚みが0.3mm〜3mmとすることができる。
The
誘電体基板1は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、ガラスセラミック焼結体、ムライト質焼結体または窒化アルミニウム質焼結体等のセラミック材料から成る誘電体材料からなる複数の誘電体層1aが積層されて形成されている。誘電体層1aの層数は、上述した例に限られるものではない。
The
誘電体基板1は、例えばガラスセラミック焼結体からなる場合であれば、次のようにして製作することができる。まず、ガラス成分となる酸化ケイ素、酸化ホウ素およびフィラー成分となる酸化アルミニウム等の粉末を主成分とする原料粉末を、有機溶剤、バインダと混練してスラリーとするとともに、このスラリーをドクターブレード法またはリップコータ法等の成形方法でシート状に成形して誘電体基板1の誘電体層1aとなるセラミックグリーンシート(以下、グリーンシートともいう)を作製する。次に、複数のグリーンシートを積層して積層体を作製する。その後、この積層体を約900〜1000℃程度の温度で焼
成することによって誘電体基板1を製作することができる。
If the
誘電体基板1を含むアレイアンテナ基板100は、このようなアレイアンテナ基板100となる複数の基板領域が母基板に配列された多数個取り基板として製作することもできる。複数の基板領域を含む母基板を、基板領域毎に分割して複数のアレイアンテナ基板100をより効率よく製作することもできる。この場合には、母基板のうち基板領域の境界に沿って分割用の溝が設けられていてもよい。
The
表面導体2、接地導体3、給電線路導体4、層間導体5a、第2接地導体6、電極7および給電配線導体8を含む配線導体は、例えば、タングステン、モリブデン、マンガン、
銅、銀、パラジウム、金、白金、ニッケルまたはコバルト等の金属、またはこれらの金属を含む合金の金属材料を導体材料として主に含むものである。このような金属材料は、メタライズ層またはめっき層等の金属層として誘電体基板1の表面に設けられている。この金属層は、1層でもよく、複数層でもよい。また、このような金属材料は、メタライズ層の金属層として誘電体基板1の内部に設けられている。
The wiring conductor including the
Metal materials such as copper, silver, palladium, gold, platinum, nickel or cobalt, or metal materials of alloys containing these metals are mainly included as conductor materials. Such a metal material is provided on the surface of the
配線導体は、例えば、銅のメタライズ層である場合には、銅の粉末を有機溶剤および有機バインダと混合して作製した金属ペーストを誘電体層1aとなるグリーンシートの所定位置にスクリーン印刷法等の方法で印刷してグリーンシートとともに焼成する方法で形成することができる。また、貫通導体5は、上記の金属ペーストの印刷に先駆けてグリーンシートの所定の位置に貫通孔を設け、上記と同様の金属ペーストをこの貫通孔に充填しておくことで形成することができる。
For example, when the wiring conductor is a copper metallized layer, a metal paste prepared by mixing copper powder with an organic solvent and an organic binder is screen-printed at a predetermined position of the green sheet to be the
また、誘電体基板1の表面に設けられる表面導体2および電極7の露出表面には、電解めっき法または無電解めっき法等のめっき法でニッケルおよび金等のめっき層がさらに被着されていてもよい。この場合、前述したように多数個取り基板の形態でアレイアンテナ基板100を製作する際に、複数の基板領域の配線導体を互いに電気的に接続させておけば、複数のアレイアンテナ基板100の配線導体に一括してめっき層を被着させることもできる。
The exposed surface of the
接地導体3の大きさは、アレイアンテナ基板100に求められるアンテナ特性に応じて、また、誘電体層1aの比誘電率および厚みによって、適宜設定することができる。また、接地導体3に設けられるスロット3aおよび給電線路導体4の寸法についても同様である。1つのアレイ部120内における各アンテナ素子領域110の構成および寸法は同じものであるが、異なるアレイ部120間では、各部の寸法等が異なり、アンテナ特性が異なるものとすることができる。
The size of the
アレイ部120間の間隔は、アンテナ素子の特性により、要求されるアイソレーションが確保できる間隔とすればよいが、例えば、1mm〜10mmとすることができる。
The space between the
本実施形態のアレイアンテナ基板100のアンテナ特性については、シミュレーションにより得られた放射パターンに基づいて評価した。シミュレーションに用いたアレイアンテナ基板100のモデルは、以下の通りである。
The antenna characteristics of the
表面導体2の開口2aから送信または受信する高周波信号の周波数は、ミリ波レーダーに使用される79GHzを用いた。79GHzにおける自由空間波長λ0は4mmである。アンテナ素子領域110の第2の方向の配列ピッチPa(Pa2)は2mm(λ0/2)とした。アンテナ素子領域110が第1の方向にも配列されている場合は、第1の方向の配列ピッチPa1も2mm(λ0/2)とした。表面導体2の開口2aは、1辺の長さが1.8mmの正方形とした。そのため、表面導体2の開口2a間の部分の幅は0.2mmである。すなわち、表面導体2の帯状導体21および接続導体22の幅は0.2mmである。
The frequency of the high frequency signal transmitted or received from the
誘電体基板1は、誘電体層1aの材質をいわゆるガラスセラミックス等の低温焼成セラミックスを想定し、比誘電率を5.8とした。表面導体2と接地導体3との間の距離は0.4mmで、接地導体3と給電線路導体4との間の距離は0.1mmである。給電線路導体4は、誘電体基板1の第2の面12に設けられた、幅が0.145mmで厚さが0.1mmのマイクロストリップ線路とした。このとき、給電線路導体4で伝送される信号の実効波長λgは1.84mmである。そのため、1.66mm〜2.02mmであれば実効
波長λgの1倍の長さということができる。
The
アレイアンテナ基板100は1つのアレイ部120を有するものとし、アレイ部120におけるアンテナ素子領域110の配置およびスロット3aの配置が異なるモデルについてシミュレーションを実施し、図14〜図18に示すような放射パターンを得た。図14〜図18に示すグラフにおいて、0°方向は天頂方向、±90°方向が水平方向(第2の方向)を示している。
The
(比較例) 図14は、アレイアンテナ基板100において、スロット3aの配列ピッチPsがアンテナ素子の配列ピッチPa2に等しく、ともに自由空間波長λ0の1/2(λ0/2)である2mmである場合の(比較例)の放射パターンを示している。シミュレーションのアレイ部120は、図1に示す例のように第2の方向のみに4つのアンテナ素子領域110が配列されているものであるが、図1に示す例とは異なり、スロット3aが各アンテナ素子領域110における第2の方向の中心に位置している場合である。図14によれば、天頂方向は10.41dBiのゲインがあるが、約−30°方向に5.34dBのサイドローブが生じている。このようなサイドローブが生じるとレーダーの方向検知の際に、意図しない方向の物体を検知する可能性がある。
(Comparative Example) FIG. 14 shows a case where the
(実施例1) 図15は、図1に示す例のような実施例1のアレイアンテナ基板100の場合の放射パターンを示している。すなわち、シミュレーションモデルのアレイ部120は、図1に示す例のように第2の方向のみに4つのアンテナ素子領域110が配列されているものである。スロット3aの配列ピッチPsが給電線路導体4で伝送される信号の実効波長λgの1倍である1.9mmであり、アンテナ素子領域110の配列ピッチPaの2mmよりも短い。給電線路導体4の先端4b側のアンテナ素子領域110のスロット3aがアンテナ素子領域110における第2の方向の中心に位置している。言い換えれば、第1アンテナ素子領域111が給電線路導体4の給電端4aから最も遠い。図15によれば、天頂方向は11.36dBiのゲインがあり、約−30°方向のサイドローブは0.5dBiで、図14の場合よりも低い。このように、スロット3aの配列ピッチPsを伝送線路の実効波長λgの整数倍とすることで、4つのアンテナ(アンテナ素子領域110)の共振のタイミングが合い、サイドローブが低減された指向性の高い放射パターンが得られたということができる。
Example 1 FIG. 15 shows a radiation pattern in the case of an
(実施例2) 図16は図5に示す例のような実施例2のアレイアンテナ基板100の放射パターンである。すなわち、図15のような放射パターンを示す、図1に示す例のアレイ部120が第1の方向に2列になった場合の放射パターンである。シミュレーションモデルのアレイ部120は、図5に示す例のように第2の方向に4つ、第1の方向に2列のアンテナ素子領域110が配列されているものである。この場合も、スロット3aの第2の方向の配列ピッチPsが給電線路導体4で伝送される信号の実効波長λgの1倍である1.9mmであり、アンテナ素子領域110の第2の方向の配列ピッチPa(Pa2)の2mmよりも短い。また、2列とも第1アンテナ素子領域111が給電線路導体4の給電端4aから最も遠い位置に配置されている。図16によれば、天頂のゲインは13.75dBi、サイドローブは3.48dBiである。アレイ部120が2列になったことで、1列の場合よりゲインが高くなっている。
(Example 2) FIG. 16 is a radiation pattern of the
(実施例3) 図17は、図6に示す例のような実施例3のアレイアンテナ基板100の放射パターンである。すなわち、シミュレーションモデルのアレイ部120は、図6に示す例のように第2の方向に4つ、第1の方向に2列のアンテナ素子領域110が配列されているものであり、2列とも第1アンテナ素子領域111が給電線路導体4の給電端4aに最も近い位置に配置されている。この場合も、スロット3aの第2の方向の配列ピッチPsが給電線路導体4で伝送される信号の実効波長λgの1倍である1.9mmであり
、アンテナ素子領域110の第2の方向の配列ピッチPa(Pa2)の2mmよりも短い。図17によれば、ゲインは13.71dBi、サイドローブは1.96dBiであり、第1アンテナ素子領域111が給電線路導体4の給電端4aから最も遠い位置に配置されている場合の図16に示す放射パターンよりもサイドローブが低い。これは、給電端4aに近いアンテナ素子領域110は、スロット3aが中心に位置している第1アンテナ素子領域111であるためである。この場合、給電端4aに最も近い第1アンテナ素子領域111に給電される電力が最も大きく、第1アンテナ素子領域111のアンテナが形成する放射パターンが支配的となることから、アレイアンテナ全体の放射パターンのサイドローブが低く指向性が強いものとなる。
(Example 3) FIG. 17 is a radiation pattern of the
(実施例4) 図18は、図7に示す例のような実施例4のアレイアンテナ基板100の放射パターンである。すなわち、シミュレーションモデルのアレイ部120は、図7に示す例のように第2の方向に4つ、第1の方向に2列のアンテナ素子領域110が配列されているものであり、2列のうち一方の列では第1アンテナ素子領域111が給電線路導体4の給電端4aに最も近い位置に配置され、他方の列では第1アンテナ素子領域111が給電線路導体4の給電端4aから最も遠い位置に配置されている。この場合も、スロット3aの第2の方向の配列ピッチPsは給電線路導体4で伝送される信号の実効波長λgの1倍である1.9mmであり、アンテナ素子領域110の第2の方向の配列ピッチPa(Pa2)の2mmよりも短い。図18によれば、ゲインは13.61dBi、サイドローブは2.48dBである。このサイドローブは、図16に示す放射パターンのサイドローブと図17に示す放射パターンのサイドローブとの中間の値を示しているが、±90°方向のゲインについては、図16および図17に示す放射パターンよりも低くなっている。このため、±90°方向のサイドローブが原因で生じるレーダーの方向検知誤りを低減できる。特にアレイアンテナ基板100をビームフォーミング式のレーダーに用いた場合に不要な物を検知してしまう可能性が低減される。
(Example 4) FIG. 18 is a radiation pattern of the
(実施例5) 図19は、図11(b)に示す例のような実施例5のアレイアンテナ基板100における帯状導体21の幅Wとゲインの関係を示したグラフである。シミュレーションモデルのアレイ部120は、図11(b)に示す例のように第2の方向のみに4つのアンテナ素子領域110が配列されており、スロット3aの配列ピッチPsが給電線路導体4で伝送される信号の実効波長λgの1倍である1.9mmであり、アンテナ素子領域110の配列ピッチPaの2mmよりも短く、第1アンテナ素子領域111が給電線路導体4の給電端4aから最も遠いものである。そして、図19は、第1の方向の両端に位置する帯状導体21の幅Wを0.15mm、0.5mm、1mm、1.5mmおよび2mmとした場合のゲインの値をプロットしたものである。図19によれば、帯状導体21の幅Wが大きくなるにつれてゲインが高くなり、帯状導体21の幅Wが1.0mm以上でよりゲインが高くなって1.5mmのときピーク値を持つことが分かる。これは、放射特性を示すグラフは示していないが、帯状導体21の幅Wが1.0mm以上でサイドローブがより小さくなるためである。アンテナ素子1素子のゲインは約7dBiであり、図11(b)のようにアンテナを4個並べた場合にはゲインは最大で4倍とすることが可能となる。ゲインが4倍となるのは+6dBに相当するので、7dBi+6dB=13dBiのゲインとすることができる。図19によれば、帯状導体21の幅Wが1.0mm〜2.0mmのときにゲインが約12.6dBi以上と高くなり、1.5mmのとき最大値13.0dBiを持つことが分かる。上述したように高周波信号の周波数は79GHzであり、79GHzにおける自由空間波長λ0の1/4が1mm、1/2が2mmにあたる。すなわち、帯状導体21の幅Wがλ0/4〜λ0/2の範囲にあるときに、ほぼ最大のゲイン(最大ゲインの約97%以上)となると言える。このように、帯状導体21の幅wをλ0/4〜λ0/2以下とすることで、小型で高いゲインを有するアレイアンテナ基板100となる。
Example 5 FIG. 19 is a graph showing the relationship between the width W of the strip-shaped
1・・・誘電体基板
1a・・・誘電体層
11・・・第1の面
12・・・第2の面
2・・・表面導体
2a・・・開口
21・・・帯状導体
22・・・接続導体
3・・・接地導体
3a・・・スロット
4・・・給電線路導体
4a・・・給電端
4b・・・先端
5・・・貫通導体
5a・・・層間導体
6・・・第2接地導体
7・・・電極
8・・・給電配線導体
100・・・アレイアンテナ基板
110・・・アンテナ素子領域
111・・・第1アンテナ素子領域
120・・・アレイ部
121・・・第1の列
122・・・第2の列
130・・・搭載部
200・・・半導体素子
300・・・ミリ波通信モジュール
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該誘電体基板の第1の面に設けられ、高周波信号を送信または受信するための開口を有する表面導体、長さ方向が第1の方向であるスロットを有する接地導体、および長さ方向が前記第1の方向と直交する第2の方向である給電線路導体が、この順で、間に前記誘電体層を挟んで互いに対向して配置されており、前記開口に沿って周状に所定の間隔を空けて設けられ、前記誘電体層を貫通している複数の貫通導体によって、前記表面導体と前記接地導体とが電気的に接続されているアンテナ素子領域と、
該アンテナ素子領域が、少なくとも前記第2の方向に複数個接して配列されているアレイ部と、
を備えており、
前記給電線路導体は前記第2の方向に配列されている複数の前記アンテナ素子領域間で直列に接続されて前記第2の方向に伸びており、
前記高周波信号の自由空間波長をλ0としたとき、
前記アンテナ素子領域の配列ピッチはλ0/2の奇数倍であり、
前記スロットの前記第2の方向の配列ピッチは前記給電線路導体を伝送する信号の実効波長の整数倍である
アレイアンテナ基板。 A plurality of dielectric layers, a dielectric substrate having a first surface and a second surface;
A surface conductor provided on the first surface of the dielectric substrate and having an opening for transmitting or receiving a high-frequency signal; a ground conductor having a slot whose length direction is the first direction; Feed line conductors in a second direction orthogonal to the first direction are arranged in this order so as to face each other with the dielectric layer interposed therebetween, and have a predetermined circumferential shape along the opening. An antenna element region in which the surface conductor and the ground conductor are electrically connected by a plurality of through conductors provided at intervals and penetrating the dielectric layer;
An array unit in which a plurality of antenna element regions are arranged in contact with each other in at least the second direction;
With
The feeder line conductor is connected in series between the plurality of antenna element regions arranged in the second direction and extends in the second direction,
When the free space wavelength of the high frequency signal is λ 0 ,
The arrangement pitch of the antenna element region is an odd multiple of λ 0/2,
The array antenna substrate, wherein an arrangement pitch of the slots in the second direction is an integral multiple of an effective wavelength of a signal transmitted through the feeder line conductor.
A communication module in which a semiconductor element is mounted on the mounting portion of the array antenna substrate according to claim 5.
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