JP2019216361A - Patch antenna and manufacturing method therefor - Google Patents

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柴田 哲也
Tetsuya Shibata
哲也 柴田
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Abstract

To enhance a gain of a patch antenna while ensuring sufficient mechanical strength.SOLUTION: A patch antenna comprises a ground conductor 31 provided on a surface 10a of a first dielectric layer 10, a second dielectric layer 20 provided on the first dielectric layer 10 via the ground conductor 31, and a patch conductor 32 provided on a surface 20a of the second dielectric layer 20 so as to face the ground conductor 31 via the second dielectric layer 20. A portion 21 of the second dielectric layer 20 overlapping with the patch conductor 32 is surrounded by an air layer located above the ground conductor 31. Since effective dielectric constant between the patch conductor 32 and the ground conductor 31 decreases, a gain increases. Furthermore, since the ground conductor 31 is formed on the surface 10a of the first dielectric layer 10, mechanical strength can be secured sufficiently even if a portion 22 of the second dielectric layer 20 not overlapping with the patch conductor 32 is made thin.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はパッチアンテナ及びその製造方法に関し、特に、ミリ波帯の信号の送受信に用いることが好適なパッチアンテナ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a patch antenna and a method for manufacturing the same, and more particularly, to a patch antenna suitable for use in transmitting and receiving signals in a millimeter wave band and a method for manufacturing the same.

パッチアンテナの利得を向上させる方法として、特許文献1には、複数のパッチ導体をアレイ状に配列する方法が提案されている。しかしながら、特許文献1に記載された方法では、複数のパッチ導体を用いることから、平面サイズが大型化するという問題があった。   As a method for improving the gain of a patch antenna, Patent Document 1 proposes a method of arranging a plurality of patch conductors in an array. However, the method described in Patent Literature 1 has a problem that the planar size is increased because a plurality of patch conductors are used.

パッチアンテナの利得を向上させる別の方法として、特許文献2には、基材に磁性材料を用いる方法が提案されている。しかしながら、特許文献2に記載された方法では、材料コストが増大するだけでなく、磁性材料の磁気特性がミリ波帯では著しく低下することから、ミリ波帯においては効果がほとんど得られないという問題があった。   As another method for improving the gain of a patch antenna, Patent Document 2 proposes a method using a magnetic material for a base material. However, the method described in Patent Literature 2 not only increases the material cost, but also significantly reduces the magnetic properties of the magnetic material in the millimeter wave band, so that the effect is hardly obtained in the millimeter wave band. was there.

一方、パッチアンテナの利得を向上させるための方法ではないが、特許文献3には、パッチ導体を厚膜印刷する際のガイドとして、パッチ導体の周囲に溝を形成する方法が提案されている。このような溝は、パッチ導体とグランド導体の間の実効的な誘電率を低下させる副次的効果を発揮することから、結果的にパッチアンテナの利得が向上する。   On the other hand, although it is not a method for improving the gain of the patch antenna, Patent Document 3 proposes a method of forming a groove around the patch conductor as a guide for printing the patch conductor in a thick film. Such a groove exerts a secondary effect of lowering the effective dielectric constant between the patch conductor and the ground conductor, and as a result, the gain of the patch antenna is improved.

特開2001−267839号公報JP 2001-267839 A 特表2011−528527号公報JP 2011-528527 A 特開2002−118417号公報JP-A-2002-118417

しかしながら、特許文献3に記載されたパッチアンテナでは、セラミック材からなる誘電体基板の両面にパッチ導体及びグランド導体がそれぞれ形成された構造を有していることから、溝の深さを最小限に抑える必要があり、深い溝を形成すると誘電体基板の機械的強度が不足するという問題があった。このため、特許文献3に記載された方法では利得向上効果は極めて限定的であり、パッチアンテナの利得を十分に向上させることはできなかった。   However, the patch antenna described in Patent Document 3 has a structure in which a patch conductor and a ground conductor are formed on both surfaces of a dielectric substrate made of a ceramic material. There is a problem that the mechanical strength of the dielectric substrate is insufficient if a deep groove is formed. For this reason, in the method described in Patent Document 3, the effect of improving the gain is extremely limited, and the gain of the patch antenna cannot be sufficiently improved.

したがって、本発明は、十分な機械的強度を確保しつつ、高い利得を得ることが可能なパッチアンテナ及びその製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a patch antenna capable of obtaining a high gain while securing sufficient mechanical strength, and a method of manufacturing the same.

本発明によるパッチアンテナは、第1の誘電体層と、第1の誘電体層の表面に設けられたグランド導体と、グランド導体を介して第1の誘電体層上に設けられた第2の誘電体層と、第2の誘電体層を介してグランド導体と対向するよう、第2の誘電体層の表面に設けられたパッチ導体とを備え、第2の誘電体層のうちパッチ導体と重なる部分は、グランド導体上に位置する空気層によって周囲が囲まれていることを特徴とする。   The patch antenna according to the present invention includes a first dielectric layer, a ground conductor provided on a surface of the first dielectric layer, and a second conductor provided on the first dielectric layer via the ground conductor. A dielectric layer, and a patch conductor provided on a surface of the second dielectric layer so as to face the ground conductor via the second dielectric layer. The overlapping portion is characterized by being surrounded by an air layer located on the ground conductor.

本発明によれば、第2の誘電体層のうちパッチ導体と重なる部分の周囲が空気層によって囲まれていることから、パッチ導体とグランド導体の間の実効的な誘電率が低下する。これにより、パッチアンテナの利得が向上する。しかも、グランド導体は第2の誘電体層とは異なる第1の誘電体層の表面に形成されていることから、第2の誘電体層のうちパッチ導体と重ならない部分の厚みを薄くしても、機械的強度を十分に確保することが可能となる。   According to the present invention, the portion of the second dielectric layer overlapping the patch conductor is surrounded by the air layer, so that the effective dielectric constant between the patch conductor and the ground conductor is reduced. Thereby, the gain of the patch antenna is improved. Moreover, since the ground conductor is formed on the surface of the first dielectric layer different from the second dielectric layer, the thickness of the portion of the second dielectric layer that does not overlap with the patch conductor is reduced. However, sufficient mechanical strength can be ensured.

本発明において、第2の誘電体層は、パッチ導体と重ならない部分の厚みがパッチ導体と重なる部分の厚みの半分未満であっても構わない。これによれば、アンテナ利得の向上効果を顕著に得ることが可能となる。   In the present invention, the thickness of the portion of the second dielectric layer that does not overlap with the patch conductor may be less than half the thickness of the portion that overlaps with the patch conductor. According to this, the effect of improving the antenna gain can be significantly obtained.

本発明において、グランド導体は、パッチ導体と重ならない部分において露出していても構わない。これによれば、アンテナ利得の向上効果をより顕著に得ることが可能となる。   In the present invention, the ground conductor may be exposed at a portion that does not overlap with the patch conductor. According to this, the effect of improving the antenna gain can be more remarkably obtained.

本発明において、第2の誘電体層は、パッチ導体に接続された給電ラインが配置される貫通孔と、貫通孔とは別に設けられた空洞部を有するものであっても構わない。これによれば、実効的な誘電率がさらに低下することから、アンテナ利得の向上効果をさらに高めることが可能となる。   In the present invention, the second dielectric layer may have a through hole in which the power supply line connected to the patch conductor is arranged, and a cavity provided separately from the through hole. According to this, since the effective permittivity is further reduced, it is possible to further enhance the effect of improving the antenna gain.

本発明において、給電ラインは、パッチ導体の中心点から一方向にオフセットした位置に設けられ、空洞部は、パッチ導体の中心点から逆方向にオフセットした位置に設けられていても構わない。これによれば、オフセットして設けられた空洞部によって放射パターンが整形されることから、垂直方向におけるピーク利得を高めることが可能となる。   In the present invention, the power supply line may be provided at a position offset in one direction from the center point of the patch conductor, and the hollow portion may be provided at a position offset in the opposite direction from the center point of the patch conductor. According to this, since the radiation pattern is shaped by the cavity portion provided offset, it is possible to increase the peak gain in the vertical direction.

本発明によるパッチアンテナは、パッチ導体の異なる平面位置にそれぞれ接続された複数の給電ラインをさらに備えるものであっても構わない。これによれば、2偏波アンテナを構成することが可能となる。   The patch antenna according to the present invention may further include a plurality of power supply lines connected to different planar positions of the patch conductor. According to this, it is possible to configure a dual polarization antenna.

本発明によるパッチアンテナは、パッチ導体と重なる無給電パッチ導体をさらに備えるものであっても構わない。これによれば、パッチアンテナをより広帯域化することが可能となる。   The patch antenna according to the present invention may further include a parasitic patch conductor overlapping the patch conductor. According to this, the band width of the patch antenna can be further increased.

本発明によるパッチアンテナの製造方法は、第1の誘電体層上に、グランド導体、第2の誘電体層及びパッチ導体をこの順に積層する第1の工程と、第2の誘電体層のうちパッチ導体と重ならない部分の少なくとも一部を除去することにより、第2の誘電体層のうちパッチ導体と重なる部分の周囲を空気層によって囲む第2の工程とを備えることを特徴とする。   The method for manufacturing a patch antenna according to the present invention includes a first step of laminating a ground conductor, a second dielectric layer, and a patch conductor in this order on a first dielectric layer; A second step of removing at least a part of the portion that does not overlap with the patch conductor and surrounding the portion of the second dielectric layer that overlaps with the patch conductor with an air layer.

本発明によれば、パッチ導体を形成した後、第2の誘電体層の一部を除去していることから、パッチ導体とグランド導体の間の実効的な誘電率の低下により、パッチアンテナの利得を向上させることが可能となる。   According to the present invention, since a part of the second dielectric layer is removed after the formation of the patch conductor, the effective dielectric constant between the patch conductor and the ground conductor is reduced, so that the patch antenna is formed. The gain can be improved.

第2の工程においては、パッチ導体と重ならない部分における第2の誘電体層の厚みが、パッチ導体と重なる部分における第2の誘電体層の厚みの半分未満となるよう、第2の誘電体層を除去しても構わない。これによれば、アンテナ利得の向上効果を顕著に得ることが可能となる。   In the second step, the second dielectric layer is formed such that the thickness of the second dielectric layer in the portion not overlapping the patch conductor is less than half the thickness of the second dielectric layer in the portion overlapping the patch conductor. The layer may be removed. According to this, the effect of improving the antenna gain can be significantly obtained.

第2の工程においては、パッチ導体と重ならない部分においてグランド導体が露出するまで、第2の誘電体層を除去しても構わない。これによれば、アンテナ利得の向上効果をより顕著に得ることが可能となる。   In the second step, the second dielectric layer may be removed until the ground conductor is exposed in a portion that does not overlap with the patch conductor. According to this, the effect of improving the antenna gain can be more remarkably obtained.

本発明においては、第2の工程をエッチング法により行っても構わない。これによれば、第2の誘電体層の除去厚みを任意に設定できるとともに、グランド導体をストッパとして機能させることが可能となる。   In the present invention, the second step may be performed by an etching method. According to this, the removal thickness of the second dielectric layer can be set arbitrarily, and the ground conductor can function as a stopper.

このように、本発明によれば、十分な機械的強度を確保しつつ、高い利得を得ることが可能なパッチアンテナ及びその製造方法を提供することが可能となる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a patch antenna capable of obtaining a high gain while securing sufficient mechanical strength, and a method for manufacturing the same.

図1は、本発明の第1の実施形態によるパッチアンテナ1の外観を示す略斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing an appearance of a patch antenna 1 according to a first embodiment of the present invention. 図2は、パッチアンテナ1に含まれる導体パターンの形状を説明するための略透視上面図である。FIG. 2 is a schematic transparent top view for explaining the shape of the conductor pattern included in the patch antenna 1. FIG. 図3は、図2に示すA−A線に沿った略断面図である。FIG. 3 is a schematic sectional view taken along line AA shown in FIG. 図4は、第2の誘電体層20の誘電率とパッチアンテナ1の最大利得との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the dielectric constant of the second dielectric layer 20 and the maximum gain of the patch antenna 1. 図5は、第2の誘電体層20の第2の部分22の厚みとピークゲインとの関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the thickness of the second portion 22 of the second dielectric layer 20 and the peak gain. 図6は、本発明の第2の実施形態によるパッチアンテナ2の外観を示す略斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view showing the appearance of the patch antenna 2 according to the second embodiment of the present invention. 図7は、パッチアンテナ2の略断面図である。FIG. 7 is a schematic sectional view of the patch antenna 2. 図8は、本発明の第3の実施形態によるパッチアンテナ3の外観を示す略斜視図である。FIG. 8 is a schematic perspective view showing the appearance of the patch antenna 3 according to the third embodiment of the present invention. 図9は、第3の実施形態の第1の変形例によるパッチアンテナ3Aの外観を示す略斜視図である。FIG. 9 is a schematic perspective view showing the appearance of a patch antenna 3A according to a first modification of the third embodiment. 図10は、第3の実施形態の第2の変形例によるパッチアンテナ3Bの構造を説明するための略断面図である。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view for explaining the structure of a patch antenna 3B according to a second modification of the third embodiment. 図11は、第3の実施形態の第3の変形例によるパッチアンテナ3Cの外観を示す略斜視図である。FIG. 11 is a schematic perspective view showing the appearance of a patch antenna 3C according to a third modification of the third embodiment. 図12は、第3の実施形態の第4の変形例によるパッチアンテナ3Dの外観を示す略斜視図である。FIG. 12 is a schematic perspective view showing the appearance of a patch antenna 3D according to a fourth modification of the third embodiment. 図13は、第3の実施形態の第5の変形例によるパッチアンテナ3Eの外観を示す略斜視図である。FIG. 13 is a schematic perspective view showing the appearance of a patch antenna 3E according to a fifth modification of the third embodiment. 図14は、本発明の第4の実施形態によるパッチアンテナ4に含まれる導体パターンの形状を説明するための略透視上面図である。FIG. 14 is a schematic perspective top view for explaining the shape of the conductor pattern included in the patch antenna 4 according to the fourth embodiment of the present invention. 図15は、本発明の第5の実施形態によるパッチアンテナ5の外観を示す略斜視図である。FIG. 15 is a schematic perspective view showing the appearance of the patch antenna 5 according to the fifth embodiment of the present invention.

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

<第1の実施形態>
図1は、本発明の第1の実施形態によるパッチアンテナ1の外観を示す略斜視図である。また、図2はパッチアンテナ1に含まれる導体パターンの形状を説明するための略透視上面図であり、図3は図2に示すA−A線に沿った略断面図である。
<First embodiment>
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an appearance of a patch antenna 1 according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic perspective top view for explaining the shape of a conductor pattern included in the patch antenna 1, and FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line AA shown in FIG.

図1〜図3に示すように、第1の実施形態によるパッチアンテナ1は、板状である第1の誘電体層10と、第1の誘電体層10の表面10aに設けられたグランド導体31と、グランド導体31を介して第1の誘電体層10上に設けられた第2の誘電体層20と、第2の誘電体層20の表面20aに設けられたパッチ導体32を備えている。第1及び第2の誘電体層10,20の材料としては、誘電率の低い樹脂材料を用いることが好ましい。第1の誘電体層10の材料と第2の誘電体層20の材料については、同じであっても構わないし、異なっていても構わない。   As shown in FIGS. 1 to 3, the patch antenna 1 according to the first embodiment has a plate-shaped first dielectric layer 10 and a ground conductor provided on a surface 10 a of the first dielectric layer 10. 31, a second dielectric layer 20 provided on the first dielectric layer 10 via the ground conductor 31, and a patch conductor 32 provided on the surface 20 a of the second dielectric layer 20. I have. As a material of the first and second dielectric layers 10 and 20, it is preferable to use a resin material having a low dielectric constant. The material of the first dielectric layer 10 and the material of the second dielectric layer 20 may be the same or different.

パッチ導体32は、第1及び第2の誘電体層10,20を貫通する貫通孔内に配置されたz方向に延在する給電ライン33を介して、第1の誘電体層10の裏面10bに形成された給電ライン34に接続される。図1に示す符号Pは、パッチ導体32と給電ライン33の接続点、つまり給電点である。本実施形態においては、給電点Pがパッチ導体32の中心点に対してy方向にオフセットした位置に設けられている。また、グランド導体31には、図2及び図3に示す切り欠き31aが設けられており、これにより、グランド導体31と給電ライン33が分離されている。   The patch conductor 32 is connected to a back surface 10b of the first dielectric layer 10 via a feed line 33 extending in the z direction and disposed in a through hole penetrating the first and second dielectric layers 10 and 20. Is connected to a power supply line 34 formed at The symbol P shown in FIG. 1 is a connection point between the patch conductor 32 and the power supply line 33, that is, a power supply point. In the present embodiment, the feeding point P is provided at a position offset in the y direction with respect to the center point of the patch conductor 32. The ground conductor 31 is provided with a notch 31a shown in FIG. 2 and FIG. 3, thereby separating the ground conductor 31 and the power supply line 33.

第2の誘電体層20は、平面視で、つまりz方向から見て、パッチ導体32と重なる第1の部分21と重ならない第2の部分22を有しており、本実施形態においては、第1の部分21のz方向における厚みよりも、第2の部分22のz方向における厚みの方が薄い。これにより、パッチ導体32とグランド導体31は、第2の誘電体層20の第1の部分21を介して互いに対向するとともに、第2の部分22との厚みの差分だけ、グランド導体31上に位置する空気層によって周囲が囲まれる。その結果、パッチ導体32とグランド導体31の間の実効的な誘電率が第2の誘電体層20自体の誘電率よりも低下することから、パッチアンテナ1の利得が向上する。   The second dielectric layer 20 has a second portion 22 that does not overlap with the first portion 21 that overlaps with the patch conductor 32 when seen in a plan view, that is, when viewed from the z direction. In the present embodiment, The thickness of the second portion 22 in the z direction is smaller than the thickness of the first portion 21 in the z direction. As a result, the patch conductor 32 and the ground conductor 31 face each other via the first portion 21 of the second dielectric layer 20, and the difference between the thickness of the second portion 22 and the thickness of the ground conductor 31 is on the ground conductor 31. The surroundings are surrounded by the air layer located. As a result, the effective dielectric constant between the patch conductor 32 and the ground conductor 31 is lower than the dielectric constant of the second dielectric layer 20 itself, so that the gain of the patch antenna 1 is improved.

図4は、第2の誘電体層20の誘電率とパッチアンテナ1の最大利得との関係を示すグラフであり、パッチ導体32の厚さが0.018mmであり、第2の誘電体層20の厚さが第1及び第2の部分21,22ともに0.5mmであり、グランド導体31の平面サイズが10mm×10mmである場合に、中心周波数が30GHzとなるようパッチ導体32の平面サイズを調整した場合における値である。   FIG. 4 is a graph showing a relationship between the dielectric constant of the second dielectric layer 20 and the maximum gain of the patch antenna 1. The thickness of the patch conductor 32 is 0.018 mm, and the second dielectric layer 20 has a thickness of 0.018 mm. When the thickness of the first and second portions 21 and 22 is 0.5 mm and the plane size of the ground conductor 31 is 10 mm × 10 mm, the plane size of the patch conductor 32 is set so that the center frequency becomes 30 GHz. This is the value when the adjustment is made.

図4に示すように、パッチアンテナ1の最大利得は、第2の誘電体層20の誘電率が低いほど良好な値が得られることが分かる。そして、本実施形態においては、第2の誘電体層20の厚さが均一ではなく、パッチ導体32と重なる第1の部分21よりも、パッチ導体32と重ならない第2の部分22の方が薄いことから、実効的な誘電率が低下し、これによりパッチアンテナ1の利得が向上する。   As shown in FIG. 4, it can be seen that the lower the dielectric constant of the second dielectric layer 20, the better the maximum gain of the patch antenna 1 can be obtained. In the present embodiment, the thickness of the second dielectric layer 20 is not uniform, and the second portion 22 that does not overlap with the patch conductor 32 is better than the first portion 21 that overlaps with the patch conductor 32. Due to the thinness, the effective permittivity is reduced, and the gain of the patch antenna 1 is improved.

図5は、第2の誘電体層20の第2の部分22の厚みとピークゲインとの関係を示すグラフであり、パッチ導体32の厚さが0.018mmであり、第2の誘電体層20の第1の部分21の厚さが0.6mmであり、グランド導体31の平面サイズが5mm×5mmである場合に、中心周波数が28GHzとなるようパッチ導体32の平面サイズを調整した場合における値である。また、図5の横軸は、第2の誘電体層20の第2の部分22の厚さを1とした場合における、第2の部分22の厚さを割合で示している。   FIG. 5 is a graph showing the relationship between the thickness of the second portion 22 of the second dielectric layer 20 and the peak gain, wherein the thickness of the patch conductor 32 is 0.018 mm, 20 when the thickness of the first portion 21 is 0.6 mm, the plane size of the ground conductor 31 is 5 mm × 5 mm, and the plane size of the patch conductor 32 is adjusted so that the center frequency becomes 28 GHz. Value. The abscissa of FIG. 5 indicates the thickness of the second portion 22 as a percentage when the thickness of the second portion 22 of the second dielectric layer 20 is set to 1.

図5に示すように、第2の誘電体層20の厚みが一定である場合(100%)と比べ、第2の誘電体層20の第2の部分22を薄くすると、ピークゲインが向上することが分かる。ピークゲインの向上効果は、第2の部分22の厚みが第1の部分21の50%〜80%の領域ではほとんど変化しないが、50%未満になるとピークゲインの向上効果が顕著となる。この点を考慮すれば、第2の誘電体層20の第2の部分22の厚みは、第1の部分21の厚みの半分未満とすることが好ましいと言える。   As shown in FIG. 5, when the second portion 22 of the second dielectric layer 20 is made thinner than in the case where the thickness of the second dielectric layer 20 is constant (100%), the peak gain is improved. You can see that. The effect of improving the peak gain hardly changes in the region where the thickness of the second portion 22 is 50% to 80% of the first portion 21, but when the thickness is less than 50%, the effect of improving the peak gain becomes significant. Considering this point, it can be said that the thickness of the second portion 22 of the second dielectric layer 20 is preferably less than half the thickness of the first portion 21.

以上説明したように、本実施形態によるパッチアンテナ1は、第2の誘電体層20の厚みがパッチ導体32と重なる第1の部分21において厚く、パッチ導体32と重ならない第2の部分22において薄いことから、実効的な誘電率を低下させることが可能となる。これにより、複数のパッチ導体パターンをアレイ状に配列したり、特殊な誘電体材料を用いたりすることなく、従来と比べてアンテナ利得を向上させることができる。しかも、本実施形態においては、グランド導体31が第1の誘電体層10によって支持されていることから、第2の誘電体層20の第2の部分22を十分に薄くしても、機械的強度が不足することがない。   As described above, in the patch antenna 1 according to the present embodiment, the thickness of the second dielectric layer 20 is large at the first portion 21 overlapping the patch conductor 32 and the thickness of the second portion 22 not overlapping the patch conductor 32. Since it is thin, the effective dielectric constant can be reduced. As a result, the antenna gain can be improved as compared with the related art without arranging a plurality of patch conductor patterns in an array or using a special dielectric material. Moreover, in the present embodiment, since the ground conductor 31 is supported by the first dielectric layer 10, even if the second portion 22 of the second dielectric layer 20 is made sufficiently thin, mechanical There is no lack of strength.

本実施形態によるパッチアンテナ1は、第1の誘電体層10上に、グランド導体31、第2の誘電体層20及びパッチ導体32をこの順に積層した後、第2の誘電体層20のうちパッチ導体32と重ならない第2の部分22をエッチング法などを用いて厚みを低減させることによって作製することができる。エッチング法を用いた場合、処理時間を変えることによって、第2の部分22の厚みを制御することが可能である。   In the patch antenna 1 according to the present embodiment, after the ground conductor 31, the second dielectric layer 20, and the patch conductor 32 are laminated in this order on the first dielectric layer 10, the second dielectric layer 20 The second portion 22 that does not overlap with the patch conductor 32 can be manufactured by reducing the thickness using an etching method or the like. When the etching method is used, the thickness of the second portion 22 can be controlled by changing the processing time.

<第2の実施形態>
図6は、本発明の第2の実施形態によるパッチアンテナ2の外観を示す略斜視図である。また、図7はパッチアンテナ2の略断面図である。
<Second Embodiment>
FIG. 6 is a schematic perspective view showing the appearance of the patch antenna 2 according to the second embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic sectional view of the patch antenna 2.

図6及び図7に示すように、第2の実施形態によるパッチアンテナ2は、第2の誘電体層20の第2の部分22が削除されて第1の部分21のみからなり、これにより、パッチ導体32と重ならない部分においてグランド導体31が露出している点において、第1の実施形態によるパッチアンテナ1と相違している。その他の構成は、第1の実施形態によるパッチアンテナ1と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   As shown in FIGS. 6 and 7, the patch antenna 2 according to the second embodiment includes only the first portion 21 by removing the second portion 22 of the second dielectric layer 20. The difference from the patch antenna 1 according to the first embodiment is that the ground conductor 31 is exposed in a portion that does not overlap with the patch conductor 32. Since other configurations are the same as those of the patch antenna 1 according to the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted.

本実施形態によるパッチアンテナ2は、第2の誘電体層20が第1の部分21のみからなり、その周囲が全て空気層となることから、実効的な誘電率をより低減することが可能となる。尚、図5において横軸が0%であるデータは、本実施形態の構成に対応する。図5に示すように、ピークゲインは横軸が0%である場合に最も良好な値が得られていることが分かる。   In the patch antenna 2 according to the present embodiment, since the second dielectric layer 20 includes only the first portion 21 and the entire periphery thereof is an air layer, the effective dielectric constant can be further reduced. Become. Note that the data in which the horizontal axis is 0% in FIG. 5 corresponds to the configuration of the present embodiment. As shown in FIG. 5, it can be seen that the best value is obtained for the peak gain when the horizontal axis is 0%.

本実施形態によるパッチアンテナ2は、第1の誘電体層10上に、グランド導体31、第2の誘電体層20及びパッチ導体32をこの順に積層した後、第2の誘電体層20のうちパッチ導体32と重ならない第2の部分22を、グランド導体31が露出するまでエッチング法などを用いて除去することにより作製することができる。エッチング法を用いる場合、金属に対するエッチングレートよりも樹脂材料に対するエッチングレートが十分に大きくなる条件で行うことにより、グランド導体31をストッパとして用いることが可能となる。   In the patch antenna 2 according to the present embodiment, after the ground conductor 31, the second dielectric layer 20, and the patch conductor 32 are laminated on the first dielectric layer 10 in this order, The second portion 22 that does not overlap with the patch conductor 32 can be manufactured by removing the second portion 22 using an etching method or the like until the ground conductor 31 is exposed. When the etching method is used, the ground conductor 31 can be used as a stopper by performing the etching under a condition that the etching rate for the resin material is sufficiently higher than the etching rate for the metal.

<第3の実施形態>
図8は、本発明の第3の実施形態によるパッチアンテナ3の外観を示す略斜視図である。
<Third Embodiment>
FIG. 8 is a schematic perspective view showing the appearance of the patch antenna 3 according to the third embodiment of the present invention.

図8に示すように、第3の実施形態によるパッチアンテナ3は、第2の誘電体層20の第1の部分21に空洞部23が設けられている点において、第2の実施形態によるパッチアンテナ2と相違している。その他の構成は、第2の実施形態によるパッチアンテナ2と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   As shown in FIG. 8, the patch antenna 3 according to the third embodiment differs from the patch antenna 3 according to the second embodiment in that a cavity 23 is provided in a first portion 21 of a second dielectric layer 20. It is different from the antenna 2. Other configurations are the same as those of the patch antenna 2 according to the second embodiment, and therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and overlapping description will be omitted.

空洞部23は、給電ライン33を収容する貫通孔とは別に設けられており、その内部は空気で満たされている。これにより、パッチ導体32とグランド導体31の間の実効的な誘電率がよりいっそう低下することから、より高い利得を得ることが可能となる。   The hollow portion 23 is provided separately from the through hole that houses the power supply line 33, and the inside is filled with air. As a result, the effective dielectric constant between the patch conductor 32 and the ground conductor 31 is further reduced, so that a higher gain can be obtained.

図8に示す例では、空洞部23が4つ設けられており、z方向から見て空洞部23と重なる部分には第2の誘電体層20が存在しない。つまり、空洞部23の高さは、第2の誘電体層20の高さと同じである。また、パッチ導体32の外周に沿った部分や、給電ライン33が配置される部分には、第2の誘電体層20が残されていることから、パッチ導体32や給電ライン33の支持が不安定となることがない。   In the example shown in FIG. 8, four cavities 23 are provided, and the second dielectric layer 20 does not exist in a portion overlapping the cavities 23 when viewed from the z direction. That is, the height of the cavity 23 is the same as the height of the second dielectric layer 20. Further, since the second dielectric layer 20 is left in a portion along the outer periphery of the patch conductor 32 and in a portion where the power supply line 33 is disposed, the support of the patch conductor 32 and the power supply line 33 is not sufficient. It will not be stable.

空洞部23の形状や数については特に限定されず、図8に示すように4個の空洞部23をマトリクス状に形成しても構わないし、図9に示す第1の変形例によるパッチアンテナ3Aのように、1個の大きな空洞部23を形成しても構わない。第1の変形例によるパッチアンテナ3Aは、パッチ導体32の外周に沿った部分と、給電ライン33が配置される部分のみに第2の誘電体層20を残し、その他の部分を空洞部23とした例である。パッチアンテナの利得は、空洞部23のボリュームが大きいほど向上するため、パッチ導体32を正しく支持可能な範囲において、空洞部23をより大きくすることが好ましい。また、図10に示す第2の変形例によるパッチアンテナ3Bのように、空洞部23の上下の両方又は一方に第2の誘電体層20が残存していても構わない。つまり、空洞部23の高さは、第2の誘電体層20の高さと一致している必要はない。   The shape and number of the cavities 23 are not particularly limited, and four cavities 23 may be formed in a matrix as shown in FIG. 8, or the patch antenna 3A according to the first modification shown in FIG. As described above, one large hollow portion 23 may be formed. The patch antenna 3A according to the first modified example has the second dielectric layer 20 left only at the portion along the outer periphery of the patch conductor 32 and at the portion where the feed line 33 is arranged, and the other portions are This is an example. Since the gain of the patch antenna increases as the volume of the cavity 23 increases, it is preferable to make the cavity 23 larger as long as the patch conductor 32 can be properly supported. Further, as in the patch antenna 3B according to the second modification shown in FIG. 10, the second dielectric layer 20 may remain on both or one of the upper and lower sides of the cavity 23. That is, the height of the cavity 23 does not need to match the height of the second dielectric layer 20.

また、パッチアンテナは、グランド導体31の面積が大きくなると放射パターンに傾きが生じ、垂直方向におけるピーク利得が減少することがある。これを防止するためには、図11に示す第3の変形例によるパッチアンテナ3Cのように、空洞部23をオフセットした位置に設けることによってビームの放射方向を調整することができる。図11に示す例では、パッチ導体32の中心点からy方向における一方側にオフセットした位置に給電点Pが配置されているのに対し、パッチ導体32の中心点からy方向における他方側にオフセットした位置に空洞部23が設けられている。これにより、ビームの放射パターンが整形され、垂直方向におけるピーク利得を高めることが可能となる。この場合、図12に示す第4の変形例によるパッチアンテナ3Dのように、空洞部23がy方向に開放されていても構わないし、図13に示す第5の変形例によるパッチアンテナ3Eのように、空洞部23がx方向及びy方向に開放されていても構わない。   In the patch antenna, when the area of the ground conductor 31 is large, the radiation pattern may be inclined, and the peak gain in the vertical direction may decrease. In order to prevent this, the radiation direction of the beam can be adjusted by providing the cavity 23 at an offset position as in the patch antenna 3C according to the third modification shown in FIG. In the example shown in FIG. 11, the feeding point P is arranged at a position offset from the center point of the patch conductor 32 to one side in the y direction, whereas the feeding point P is offset from the center point of the patch conductor 32 to the other side in the y direction. The hollow portion 23 is provided at the specified position. Thereby, the radiation pattern of the beam is shaped, and the peak gain in the vertical direction can be increased. In this case, the hollow portion 23 may be opened in the y direction as in the patch antenna 3D according to the fourth modification shown in FIG. 12, or as in the patch antenna 3E according to the fifth modification shown in FIG. Alternatively, the cavity 23 may be open in the x direction and the y direction.

<第4の実施形態>
図14は、本発明の第4の実施形態によるパッチアンテナ4に含まれる導体パターンの形状を説明するための略透視上面図である。
<Fourth Embodiment>
FIG. 14 is a schematic perspective top view for explaining the shape of the conductor pattern included in the patch antenna 4 according to the fourth embodiment of the present invention.

図14に示すように、第4の実施形態によるパッチアンテナ4は、別の給電ライン35,36が設けられており、切り欠き31bによってグランド導体31と給電ライン35が分離されている点において、第2の実施形態によるパッチアンテナ2と相違している。その他の構成は、第2の実施形態によるパッチアンテナ2と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   As shown in FIG. 14, the patch antenna 4 according to the fourth embodiment is provided with another power supply lines 35 and 36, and is different from the patch antenna 4 in that the ground conductor 31 and the power supply line 35 are separated by a notch 31 b. This is different from the patch antenna 2 according to the second embodiment. Other configurations are the same as those of the patch antenna 2 according to the second embodiment, and therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and overlapping description will be omitted.

給電ライン35は、第1及び第2の誘電体層10,20を貫通する貫通孔内に配置されており、第1の誘電体層10の裏面10bに形成された給電ライン36に接続される。パッチ導体32と給電ライン33の接続点は、パッチ導体32の中心点に対してy方向にオフセットした位置に設けられている一方、パッチ導体32と給電ライン35の接続点は、パッチ導体32の中心点に対してx方向にオフセットした位置に設けられている。これにより、本実施形態によるパッチアンテナ4は、2偏波アンテナとして機能する。例えば、給電ライン34を介して水平偏波信号を給電し、給電ライン36を介して垂直偏波信号を給電することができる。   The power supply line 35 is disposed in a through-hole penetrating the first and second dielectric layers 10 and 20, and is connected to a power supply line 36 formed on the back surface 10 b of the first dielectric layer 10. . The connection point between the patch conductor 32 and the feed line 33 is provided at a position offset in the y direction with respect to the center point of the patch conductor 32, while the connection point between the patch conductor 32 and the feed line 35 is It is provided at a position offset in the x direction with respect to the center point. Thereby, the patch antenna 4 according to the present embodiment functions as a two-polarization antenna. For example, a horizontally polarized signal can be supplied via the power supply line 34 and a vertically polarized signal can be supplied via the power supply line 36.

<第5の実施形態>
図15は、本発明の第5の実施形態によるパッチアンテナ5の外観を示す略斜視図である。
<Fifth Embodiment>
FIG. 15 is a schematic perspective view showing the appearance of the patch antenna 5 according to the fifth embodiment of the present invention.

図15に示すように、第5の実施形態によるパッチアンテナ5は、別の誘電体層40を介してパッチ導体32を覆う無給電パッチ導体37が追加されている点において、第2の実施形態によるパッチアンテナ2と相違している。その他の構成は、第2の実施形態によるパッチアンテナ2と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。   As shown in FIG. 15, the patch antenna 5 according to the fifth embodiment differs from the patch antenna 5 according to the second embodiment in that a parasitic patch conductor 37 that covers the patch conductor 32 via another dielectric layer 40 is added. And the patch antenna 2. Other configurations are the same as those of the patch antenna 2 according to the second embodiment, and therefore, the same components are denoted by the same reference numerals and overlapping description will be omitted.

無給電パッチ導体37は、パッチ導体32と重なるよう、パッチ導体32の上方に設けられた矩形状の導体パターンである。無給電パッチ導体37は、他の導体パターンに接続されておらず、直流的にはフローティング状態である。このような無給電パッチ導体37を追加すれば、アンテナ帯域をより拡大することが可能となる。図15に示す例では、パッチ導体32と無給電パッチ導体37の平面サイズが同じであるが、パッチ導体32及び無給電パッチ導体37のサイズ、両者間の距離などは、要求されるアンテナ特性に応じて適宜調整すれば良い。   The parasitic patch conductor 37 is a rectangular conductor pattern provided above the patch conductor 32 so as to overlap the patch conductor 32. The parasitic patch conductor 37 is not connected to another conductor pattern and is in a DC floating state. By adding such a parasitic patch conductor 37, the antenna band can be further expanded. In the example shown in FIG. 15, the planar sizes of the patch conductor 32 and the parasitic patch conductor 37 are the same, but the sizes of the patch conductor 32 and the parasitic patch conductor 37 and the distance between the two depend on the required antenna characteristics. It may be adjusted as appropriate.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。   As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. It goes without saying that they are included in the range.

1〜5,3A〜3E パッチアンテナ
10 第1の誘電体層
10a 第1の誘電体層の表面
10b 第1の誘電体層の裏面
20 第2の誘電体層
20a 第2の誘電体層の表面
21 第2の誘電体層の第1の部分
22 第2の誘電体層の第2の部分
23 空洞部
31 グランド導体
31a,31b 切り欠き
32 パッチ導体
33〜36 給電ライン
37 無給電パッチ導体
40 誘電体層
P 給電点
1-5, 3A-3E Patch antenna 10 First dielectric layer 10a Surface 10b of first dielectric layer Back surface 20 of first dielectric layer 20 Second dielectric layer 20a Surface of second dielectric layer 21 First part of the second dielectric layer 22 Second part of the second dielectric layer 23 Cavity part 31 Ground conductor 31a, 31b Notch 32 Patch conductors 33 to 36 Feeding line 37 Parasitic patch conductor 40 Dielectric Body layer P feeding point

Claims (11)

第1の誘電体層と、
前記第1の誘電体層の表面に設けられたグランド導体と、
前記グランド導体を介して前記第1の誘電体層上に設けられた第2の誘電体層と、
前記第2の誘電体層を介して前記グランド導体と対向するよう、前記第2の誘電体層の表面に設けられたパッチ導体と、を備え、
前記第2の誘電体層のうち前記パッチ導体と重なる部分は、前記グランド導体上に位置する空気層によって周囲が囲まれていることを特徴とするパッチアンテナ。
A first dielectric layer;
A ground conductor provided on a surface of the first dielectric layer;
A second dielectric layer provided on the first dielectric layer via the ground conductor;
A patch conductor provided on a surface of the second dielectric layer so as to face the ground conductor via the second dielectric layer,
A patch antenna, wherein a portion of the second dielectric layer overlapping the patch conductor is surrounded by an air layer located on the ground conductor.
前記第2の誘電体層は、前記パッチ導体と重ならない部分の厚みが前記パッチ導体と重なる部分の厚みの半分未満であることを特徴とする請求項1に記載のパッチアンテナ。   2. The patch antenna according to claim 1, wherein a thickness of a portion of the second dielectric layer that does not overlap the patch conductor is less than half of a thickness of a portion overlapping the patch conductor. 3. 前記グランド導体は、前記パッチ導体と重ならない部分において露出していることを特徴とする請求項1に記載のパッチアンテナ。   The patch antenna according to claim 1, wherein the ground conductor is exposed at a portion that does not overlap with the patch conductor. 前記第2の誘電体層は、前記パッチ導体に接続された給電ラインが配置される貫通孔と、前記貫通孔とは別に設けられた空洞部を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。   4. The device according to claim 1, wherein the second dielectric layer has a through hole in which a power supply line connected to the patch conductor is arranged, and a cavity provided separately from the through hole. 5. A patch antenna according to any one of the preceding claims. 前記給電ラインは、前記パッチ導体の中心点から一方向にオフセットした位置に設けられ、前記空洞部は、前記パッチ導体の前記中心点から逆方向にオフセットした位置に設けられていることを特徴とする請求項4に記載のパッチアンテナ。   The power supply line is provided at a position offset in one direction from a center point of the patch conductor, and the hollow portion is provided at a position offset in the opposite direction from the center point of the patch conductor. The patch antenna according to claim 4, wherein 前記パッチ導体の異なる平面位置にそれぞれ接続された複数の給電ラインをさらに備えることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。   The patch antenna according to any one of claims 1 to 3, further comprising a plurality of power supply lines connected to different planar positions of the patch conductor. 前記パッチ導体と重なる無給電パッチ導体をさらに備えることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載のパッチアンテナ。   The patch antenna according to claim 1, further comprising a parasitic patch conductor overlapping the patch conductor. 第1の誘電体層上に、グランド導体、第2の誘電体層及びパッチ導体をこの順に積層する第1の工程と、
前記第2の誘電体層のうち前記パッチ導体と重ならない部分の少なくとも一部を除去することにより、前記第2の誘電体層のうち前記パッチ導体と重なる部分の周囲を空気層によって囲む第2の工程と、を備えることを特徴とするパッチアンテナの製造方法。
A first step of laminating a ground conductor, a second dielectric layer, and a patch conductor in this order on the first dielectric layer;
By removing at least a part of a portion of the second dielectric layer that does not overlap with the patch conductor, a second layer surrounding the portion of the second dielectric layer that overlaps with the patch conductor is surrounded by an air layer. And a step of manufacturing the patch antenna.
前記第2の工程においては、前記パッチ導体と重ならない部分における前記第2の誘電体層の厚みが、前記パッチ導体と重なる部分における前記第2の誘電体層の厚みの半分未満となるよう、前記第2の誘電体層を除去することを特徴とする請求項8に記載のパッチアンテナの製造方法。   In the second step, the thickness of the second dielectric layer in a portion that does not overlap with the patch conductor is less than half the thickness of the second dielectric layer in a portion that overlaps with the patch conductor. 9. The method according to claim 8, wherein the second dielectric layer is removed. 前記第2の工程においては、前記パッチ導体と重ならない部分において前記グランド導体が露出するまで、前記第2の誘電体層を除去することを特徴とする請求項8に記載のパッチアンテナの製造方法。   9. The method according to claim 8, wherein in the second step, the second dielectric layer is removed until the ground conductor is exposed in a portion that does not overlap with the patch conductor. 10. . 前記第2の工程をエッチング法により行うことを特徴とする請求項8乃至10のいずれか一項に記載のパッチアンテナの製造方法。   The method according to any one of claims 8 to 10, wherein the second step is performed by an etching method.
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