JP2020010314A - アンテナ基板および通信モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナ特性が向上したアンテナ基板を提供する。【解決手段】アンテナ基板１００は、複数の誘電体層１ａが積層されてなり、第１の面１１および第２の面１２を有する誘電体基板１と、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、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及び長さ方向が第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おり、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、表面導体２と接地導体３とが電気的に接続されているアンテナ素子領域１１０と、誘電体基板１の第１の面１１に表面導体２との間に間隔を空けて設けられている帯状の第２表面導体６とを備えている。【選択図】図１

Description

本開示は、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ンテナ基板、および通信モジュールに関するものである。

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。）。

特開平１１−２３９０１７号公報 特開２０１２−４４４８４号公報

しかしながら、アンテナ基板にはさらなるゲインあるいは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。

本開示のアンテナ基板は、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、前記誘電体基板の前記第１の面に前記表面導体との間に間隔を空けて外側に設けられている帯状の第２表面導体とを備えている。

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。

本開示の１つの態様のアンテナ基板によれば、表面導体の外側に第２表面導体を備えていることから、高周波信号を放射したい方向である、第１の面に対する鉛直方向（天頂方向）に対して９０度方向のサイドローブが小さくなり、指向性およびゲインの高いアンテナになる。すなわち、アンテナ特性が向上したアンテナ基板となる。

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。

アンテナ基板の一例を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 図１に示すアンテナ基板の分解斜視図である。 アンテナ基板の他の一例を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 図３に示すアンテナ基板の分解斜視図である。 アンテナ基板の他の一例を示し、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。 図５に示すアンテナ基板の分解斜視図である。 アンテナ基板の他の一例を示す平面図である。 図７に示すアンテナ基板の分解斜視図である。 （ａ）は図７のＡ部を拡大して示す平面図であり、（ｂ）および（ｃ）はアンテナ基板の他の例の要部を拡大して示す平面図である。 通信モジュールの一例を示し、（ａ）は第１の面側からの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は第２の面側からの斜視図である。 図１０の通信モジュールにおけるアンテナ基板の一部を分解して示す分解斜視図である。 通信モジュールの他の一例を示し、（ａ）は第１の面側からの斜視図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、（ｃ）は第２の面側からの斜視図である。 図１２の通信モジュールにおけるアンテナ基板の一部を分解して示す分解斜視図である。 アンテナ基板の他の一例を示す平面図である。 アンテナ基板の他の一例を示す平面図である。 アンテナ基板の他の一例を示す平面図である。 アンテナ基板の他の一例を示す平面図である。 アンテナ基板の他の一例を示す平面図である。 アンテナ基板の他の一例を示す平面図である。 比較例のアンテナ特性を示すグラフである。 実施例１のアンテナ特性を示すグラフである。 実施例２のアンテナ特性を示すグラフである。 実施例３のアンテナ特性を示すグラフである。 実施例４のアンテナ特性を示すグラフである。 実施例５のアンテナ特性を示すグラフである。 実施例６のアンテナ特性を示すグラフである。 実施例７のアンテナ特性を示すグラフである。 実施例８のアンテナ特性を示すグラフである。 実施例９のアンテナ特性を示すグラフである。 実施例１０のアンテナ特性を示すグラフである。 実施例１１のアンテナ特性を示すグラフである。 実施例１２のアンテナ特性を示すグラフである。 比較例、実施例７および実施例１３〜実施例１７のアンテナ特性を示すグラフである。

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は図１に示すアンテナ基板の分解斜視図である。図３はアンテナ基板の他の一例を示し、図３（ａ）は平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。図４は図３に示すアンテナ基板の分解斜視図である。図５は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る。図６は図５に示すアンテナ基板の分解斜視図である。図７はアンテナ基板の他の一例を示す平面図である。図８は図７に示すアンテナ基板の分解斜視図である。図９（ａ）は図７のＡ部を拡大して示す平面図であり、図９（ｂ）および図９（ｃ）はアンテナ基板の他の例の要部を拡大して示す平面図である。図１０は通信モジュールの一例を示し、図１０（ａ）は第１の面側からの斜視図であり、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図であり、図１０（ｃ）は第２の面側からの斜視図である。図１１は図１０の通信モジュールにおけるアンテナ基板の一部を分解して示す分解斜視図である。図１２は通信モジュールの他の一例を示し、図１２（ａ）はアンテナ基板の第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ンテナ基板の一部を分解して示す分解斜視図である。

アンテナ基板１００は、図１〜図８および図１０〜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、アンテナ素子領域１１０が設けられたものである。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４および図８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および図６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１０および図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。

アンテナ素子領域１１０は、図１、図３、図５、図７、図１０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。また、開口２ａの第２の方向の寸法は、送受信する高周波信号の自由空間波長λ_０の１／４〜３／４である。貫通導体５は、開口２ａに沿って周状に所定の間隔を空けて設けられる。貫通導体５の間隔は、共振する高周波信号が漏れないように、共振する高周波信号の実効波長（λｇ）の１／２未満とし、好ましくは実効波長（λｇ）の１／４以下とする。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。

なお、図２以外の分解斜視図では貫通導体５を省略して見やすくしている。また、図１〜図８および図１０〜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。

図１および図２に示す例のアンテナ基板１００はアンテナ素子領域１１０を１つ備えている。これに対して、アンテナ素子領域１１０を複数個備えるアンテナ基板１００とすることができる。このとき、アンテナ素子領域１１０は、第１の方向および第２の方向のうち少なくとも一方に複数個接して配列されてアレイ部１２０を構成する。図３および図４に示すアンテナ基板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が接して配列されたアレイ部１２０を１つ備えている。図５および図６に示すアンテナ基板１００は、第１の方向（ｙ方向）に４つ、第２の方向（ｘ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７および図８に示す例のアンテナ基板１００は、第１の方向（ｙ方向）に２つ、第２の方向（ｘ方向）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。また、図１０および図１１に示す例のアンテナ基板１００は、第１の方向（ｙ方向）に２つ、第２の方向（ｘ方向）に８つのアンテナ素子領域１１０が配列されたアレイ部１２０を２つ備えており、アレイ部１２０は第１の方向（ｙ方向）に配列されている。図１２および図１３に示す例のアンテナ基板１００は、第１の方向（ｙ方向）に８つ、第２の方向（ｘ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２つ備えており、アレイ部１２０は第２の方向（ｘ方向）に配列されている。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。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。

そして、本開示のアンテナ基板１００は、誘電体基板１の第１の面１１に設けられ、表面導体２との間に間隔を空けて設けられている帯状の第２表面導体６を備えている。このような第２表面導体６を備えていると、高周波信号を放射したい方向である、第１の面１１に対する鉛直方向（天頂方向）に対して９０度方向のサイドローブが小さくなり、指向性およびゲインの高いアンテナになる。すなわち、アンテナ特性が向上したアンテナ基板１００となる。

アンテナ基板１００において高周波信号を放射したい方向は、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）である。この方向に対して９０度方向（第１の面１１の面方向、ｘｙ面方向）への放射（サイドローブ）が大きいと、指向性が低くなるので、例えばアンテナ基板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。また、天頂方向への放射が小さく、ゲインの小さいアンテナ基板１００となる。第２表面導体６は表面導体２が設けられている第１の面１１において表面導体２を取り囲んでいるので、第１の面１１の面方向に放射された信号は第２表面導体６において反射される。９０度方向の放射は、この第２表面導体６での反射波によって打ち消されて低減される。そのため、指向性およびゲインが高いアンテナ基板１００となる。

このとき、高周波信号の自由空間波長をλ_０としたとき、第１の方向および第２の方向におけるアンテナ素子領域１１０の中心から第２表面導体６の内端までの距離（図に示すＤ）はλ_０／４の奇数倍であるアンテナ基板１００とすることができる。アンテナ素子領域１１０の中心から第２表面導体６の内端までの距離Ｄがλ_０／４の奇数倍であると、第２表面導体６の内端において反射した反射波はアンテナ素子領域１１０から９０度方向へ放射された信号と位相が逆になる。そのため、９０度方向へ放射された信号の反射波による低減がより効果的に行なわれ、より指向性およびゲインの高いアンテナ基板１００となる。この距離Ｄがλ_０／４の奇数倍であれば上記のような効果を奏するので、第１の方向と第２の方向とで距離Ｄが異なっていてもよい。また、距離Ｄがλ_０／４（λ_０／４の１倍）であると、表面導体２と接してしまうので、距離Ｄが自由空間波長λ_０の奇数倍であるときの奇数は３以上である。アンテナ基板１００を小型化するためには、距離Ｄを３λ
_０／４（λ_０／４の３倍）とすることができる。

第２表面導体６の内端の位置である、アンテナ素子領域１１０の中心から第１の方向へ距離Ｄの位置は、互いに反対方向の２か所にある。すなわち、図１におけるアンテナ素子領域１１０の中心からｙ方向の正方向（＋方向）へ距離Ｄの位置と負方向（−方向）へ距離Ｄの位置である。第２の方向についても同様であり、図１におけるアンテナ素子領域１１０の中心からｘ方向の正方向（＋方向）へ距離Ｄの位置と負方向（−方向）へ距離Ｄの位置である。そのため、平面視において第２表面導体６はアンテナ素子領域１１０を取り囲んでおり、誘電体基板１の第１の面１１において表面導体２との間に間隔を設けて取り囲んでいる。この間隔は、通常、表面導体２の中心はアンテナ素子領域１１０の中心と一致するので、表面導体２の中心から第１の方向または第２の方向への長さを距離Ｄから差し引いた長さとなる。図１に示す例では、アンテナ素子領域１１０の中心を通り第２の方向に伸びる第２中心線ＣＬ２から第１の方向へ距離Ｄの位置に第２の方向に伸びる第２表面導体６の内端が位置している。また、アンテナ素子領域１１０の中心を通り第１の方向に伸びる第１中心線ＣＬ１から第２の方向へ距離Ｄの位置に第１の方向に伸びる第２表面導体６の内端が位置している。そのため第２表面導体６の内端は表面導体２の外縁に沿って伸びており、第２表面導体６の内縁形状は表面導体２の外縁形状と相似形になっており、表面導体２と第２表面導体６との距離は一定である。

また、第２表面導体６の幅（図に示すＷ）がλ_０／４の奇数倍であるアンテナ基板１００とすることができる。この場合には、アンテナ素子領域１１０から９０度方向へ放射されて第２表面導体６内を伝送し、第２表面導体６の外周端で反射した反射波もまたアンテナ素子領域１１０から９０度方向へ放射された信号と位相が逆になる。そのため、９０度方向へ放射された信号の低減がさらにより効果的に行なわれ、より指向性およびゲインの高いアンテナ基板１００となる。この幅Ｗがλ_０／４の奇数倍であれば上記のような効果を奏するので、第１の方向と第２の方向とで第２表面導体６の幅Ｗが異なっていてもよい。また、アンテナ基板１００を小型化するためには、第２表面導体６の幅Ｗをλ_０／４（λ_０／４の１倍）とすることができる。また、第２表面導体６内を伝送する際に信号は減衰され、反射波においても同様である。そのため、反射波の位相を逆位相にするとともに第２表面導体６内での減衰を小さくして、反射波によるサイドローブの低減効果を高めるためにも第２表面導体６の幅Ｗをλ_０／４（λ_０／４の１倍）とすることができる。

アンテナ素子領域１１０が、図３〜図８および図１０〜図１３に示す例のように、第１の方向および第２の方向のうち少なくとも一方に複数個接して配列されてアレイ部１２０を構成しているときには、第２表面導体６はアレイ部１２０（の複数の開口２ａを有する表面導体２）を取り囲んで配置されている。例えば、図３に示す例では、４つのアンテナ素子領域１１０は第２の方向（ｘ方向）に接して配列されており、４つのアンテナ素子領域１１０のうち両端の２つのアンテナ素子領域１１０の中心から第２の方向へ距離Ｄの位置に第２表面導体６の内端が位置している。図３において、４つのアンテナ素子領域１１０のうち、最も左側（ｘ方向の＋側）のアンテナ素子領域１１０の中心から第２の方向の１つである左側（ｘ方向の＋側）へ距離Ｄの位置に第２表面導体６の内端が位置している。また、最も右側（ｘ方向の−側）のアンテナ素子領域１１０の中心から第２の方向の他の１つである右側（ｘ方向の−側）へ距離Ｄの位置に第２表面導体６の内端が位置している。すなわち、アンテナ素子領域１１０が複数個接して第２の方向に配列されている場合には、配列方向（第２の方向）の両端に位置しているアンテナ素子領域の中心から、配列方向（第２の方向）における、外側に距離Ｄ離れた位置に第２表面導体６の内端が位置している。これは、図５および図７に示す例のように、アンテナ素子領域１１０が第１の方向に配列されている場合においても同様である。

例えば、図８に示す例のアンテナ基板１００においては、その厚み方向における中心よ
り上側（ｚ方向の＋側）と下側（ｚ方向の−側）とで導体の量が異なっている。具体的には、アンテナ基板１００の下側にはベタ状の大きな接地導体３があり、上側の表面導体２、層間導体５ａおよび第２表面導体６を合わせても接地導体３の面積よりも小さい。このような導体の量の差があると、アンテナ基板１００に反りが生じる場合がある。そのため、第２表面導体６の幅Ｗを大きくすることで導体量のバランスを調整することができる。また、第２表面導体６の外側にさらに導体を設けて導体量のバランスを調整することができる。図８に示す例では、層間導体５ａを取り囲む、第２表面導体６と同様の形状の導体を設けている。アンテナ素子領域１１０（誘電体共振器アンテナ）の外側にこのような導体を設けることでアンテナ特性へほとんど影響を与えることなく導体量のバランスを調整してアンテナ基板１００の反りを調整することができる。

図１０〜図１３に示す例のように複数のアレイ部１２０を備えている場合には、複数のアレイ部１２０のそれぞれを取り囲む、複数の第２表面導体６を備えることができる。２つの第２表面導体６の互いに隣接する部分を接続しても第２表面導体６による信号の反射は起こるので、一体化することもできる。しかしながら、例えば、２つのアレイ部１２０のうちの１つを送信用として他の１つを受信用とする場合などは、２つのアレイ部１２０間における干渉を低減するために、２つのアレイ部１２０のそれぞれに対して第２表面導体６を設け、互いに離間させて配置することができる。

図３〜図８および図１０〜図１３に示す例のような、複数のアンテナ素子領域１１０有するアレイアンテナは、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、ゲインを高めるものである。アンテナ素子領域１１０が第１の方向および第２の方向のうち少なくとも一方に複数個接して配列されてアレイ部１２０を構成しており、第２表面導体６がアレイ部１２０を取り囲んで配置されているアンテナ基板１００は、よりゲインの高いものとなる。

アレイアンテナにおいては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。

図５および図６に示す例のアンテナ基板１００では、第１の方向に隣接する一対の給電線路導体４のそれぞれの給電端４ａ同士が給電配線導体８で接続されている。第１の方向に隣接する、給電配線導体８で接続された一対の給電線路導体４同士もまた給電配線導体８で接続されている。これにより、第１の方向に配列されている４つの給電線路導体４は、給電配線導体８によって並列に接続されている。また、同様に給電配線導体８によって並列に接続された別の４つの給電線路導体とも給電配線導体８によって並列に接続されている。給電配線導体８の給電点８ａから各給電線路導体４までの長さおよび形状を同等にするために、給電配線導体８の形状はトーナメント表のような形になっている。

図３および図４に示す例のアンテナ基板１００では、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、アンテナ基板１００を小型化するこ
とができる。これは、図７および図８に示す例のようにアンテナ素子領域１１０が第１の方向にも複数配置されているアレイ部１２０の場合にも同様である。第１の方向に配列された２列（１２１，１２２）に対してそれぞれ１つの給電線路導体４が設けられている。２つの給電線路導体４の給電端４ａは給電配線導体８で接続されており、給電配線導体８は、その長さ方向の中央部に給電配線導体８の給電点８ａを有している。

図３および図４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。

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λ_０としたとき、アンテナ素子領域１１０の第１の方向の配列ピッチ（図５および図７に示すＰａ１）はλ_０／２の奇数倍とすることができる。アンテナ素子領域１１０の第２の方向の配列ピッチ（図３、図５および図７に示すＰａ２）もまたλ_０／２の奇数倍とすることができる。アンテナ素子領域１１０の配列ピッチＰａ１およびＰａ２がλ_０／２の奇数倍であるので、第１の方向および第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１の方向および第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。このとき、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λ_０／２（λ_０／２の１倍）とするとよい。

一方、直列給電する場合の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３および図７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。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。

図３および図７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λ_０／２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Ｐａ
２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λ_０／２（λ_０／２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。

図３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。

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。

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、図３に示す例のように、より指向性の高いものとするために、第１アンテナ素子領域１１１が第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ンテナ基板１００とすることができる。

図７および図８に示す例のアンテナ基板１００は、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。また、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。

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。

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。

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ンテナ基板１００とすることができる。

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、アレイ部１２０が第１の方向に３列配列されている場合には、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アンテナ基板１００とすることができる。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アンテナ基板１００とすることができる。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。

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λ_０／２とすると、表面導体２の開口２ａは一辺の長さがλ_０／２未満でλ_０／２にできるだけ近い寸法の正方形状となる。

図９（ａ）〜図９（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９（ｂ）および図９（ｃ）は正方形である。図９（ｂ）および図９（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９（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。

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９（ａ）〜図９（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。

図９（ａ）および図９（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９（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。

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。

開口２ａは、第２の方向に伸びる帯状導体と第１の方向に伸びる接続導体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、一対の帯状導体の近接する端部同士を接続する一対の接続導体とによって開口２ａが規定されている。

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および第２の方向の両端に位置する接続導体についてはその幅を大きくすることができる。図１０および図１１は、いずれもアレイ部１２０における第１の方向の両端に位置する帯状導体の幅を大きくした例である。アンテナ素子領域１１０は、図１０および図１１に示す例では第１の方向に２列配列されている。図３および図４に示す例では第１の方向には１列のみであり、第１の方向において開口２ａに挟まれている帯状導体はなく、両端の帯状導体のみを備えるものである。

図１０および図１１に示す例のように、直列給電のアンテナ基板１００において、開口２ａを第１の方向に挟んで位置する帯状導体のうち、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の第１の方向の幅は、高周波信号の自由空間波長をλ_０としたときλ_０／４〜λ_０／２であるアンテナ基板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の第１の方向の幅がλ_０／４以上と大きいことによって第１の方向（ｙ方向）と天頂方向（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、帯状導体の第１の方向の幅がλ_０／２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。このとき、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。

図１２および図１３に示す例では、アレイ部１２０における第２の方向の両端に位置する接続導体の幅を大きくした例である。並列給電のアンテナ基板１００のアレイ部１２０における、第２の方向の両端の接続導体の第２の方向の幅がλ／８〜３λ／８であり、第１の方向の両端に位置する帯状導体の第１の方向の幅がλ／８以下であるアンテナ基板１００とすることができる。接続導体の第２の方向の幅がλ／８以上と広いことによって第２の方向（ｘ方向）と天頂方向（ｚ方向）によるｘｚ面内のサイドローブを低くすることができるとともに、接続導体の第２の方向の幅が３λ／８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。また、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の第１の方向の幅はλ／８以下であるので帯状導体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。

図６、図８、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（の給電端４ａ）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に伝送される。給電線路導体４に伝送された高周波信号は、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。

以上のようなアンテナ基板１００は、例えば図１０〜図１３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。

図１〜図１３に示す例のアンテナ基板１００は、枠状の第２表面導体６を備えているが、第２表面導体６の形状はこれに限られるものではない。すなわち、表面導体２を全周にわたって取り囲んでいなくてもよく、例えば、図１４〜図１９に示す例のように、第１の面１１に表面導体２との間に間隔を空けて、表面導体２の外側に設けられているものであれば、第１の面１１の面方向に放射された信号を反射することができる。

図１４に示す例のアンテナ基板１００は、第２表面導体６を、図１に示す例の正方形枠状の第２表面導体６における辺の中心部分だけとした形態である。アンテナ素子領域１１０の中心から第１の方向（±ｙ方向）および第２の方向（±ｘ方向）に距離Ｄの位置に、長さＬで幅Ｗの長方形帯状の第２表面導体６が配置されている。すなわち、第２表面導体６は、第１の方向および第２の方向の両方向において表面導体２を挟むように配置されている４つの長方形帯状の導体で構成されている。この例の第２表面導体６の長さＬ方向の中心はアンテナ素子領域１１０の第１の方向の中心または第２の方向の中心と一致している。アンテナ素子領域１１０の第１の方向の中心を通り第２の方向に伸びる第２中心線ＣＬ２、およびアンテナ素子領域１１０の第２の方向の中心を通り第１の方向に伸びる第１中心線ＣＬ１が第２表面導体６の長さ方向の中心を通っている。第２表面導体６の長さＬは、第１中心線ＣＬ１，第２中心線ＣＬ２と直交する方向の長さである。

図１５に示す例は、図１４に示す例とは逆に、図１に示す例の正方形枠状の第２表面導
体６における４つの角部だけを第２表面導体６とした形態である。４つの鉤型（Ｌ字型）の導体で第２表面導体６が構成されている。図１５に示す例では隣り合う第２表面導体６間の距離Ｄ２は正方形枠状の表面導体２の辺の長さと同じであるので、表面導体２およびスロット３ａの第１の方向および第２の方向の外側には第２表面導体６が存在していない。また、第２表面導体６は第１中心線ＣＬ１および第２中心線ＣＬ２と直交していない。

図１６に示す例のアンテナ基板１００においては、第２表面導体６を２つ備えている。２つの第２表面導体６は、表面導体２を第１の方向に挟むように配置されている。平面透視でスロット３ａの長さ方向である第１の方向にスロット３ａを挟む位置に第２表面導体６が配置されている。第２表面導体６はスロット３ａの長さ方向に対して直交する第２の方向に伸び、第２の方向が長さ方向である長方形帯状である。第１中心線ＣＬ１が第２表面導体６の長さ方向の中心を通って第２表面導体６と直交している。

図１７に示す例のアンテナ基板１００においても、図１６に示す例と同様に２つの第２表面導体６を備えているが、表面導体２およびスロット３ａに対する位置が異なっている。２つの第２表面導体６は、表面導体２を第２の方向に挟むように配置されている。平面透視でスロット３ａをスロット３ａの長さ方向に直交する方向である第２の方向に挟む位置に第２表面導体６が配置されている。第２表面導体６はスロット３ａの長さ方向である第１の方向に伸び、第１の方向が長さ方向である長方形帯状である。第２中心線ＣＬ２が第２表面導体６の長さ方向の中心を通って第２表面導体６と直交している。

図１８に示す例のアンテナ基板１００は、図１４に示す例と同様に、第２表面導体６は、第１の方向および第２の方向の両方向において表面導体２を挟むように配置されている４つの帯状の導体で構成されているが、第１中心線ＣＬ１および第２中心線ＣＬ２は第２表面導体６の長さ方向の中心を通っていない。第１中心線ＣＬ１および第２中心線ＣＬ２は第２表面導体６の端を通っている。第２表面導体６は、第１中心線ＣＬ１から直交する第２の方向へあるいは第２中心線ＣＬ２から第１の方向へ伸びている長さＬの長方形帯状である。

図１９に示す例のアンテナ基板１００は、図１８に示す例と同様に、第１中心線ＣＬ１および第２中心線ＣＬ２は第２表面導体６の長さＬ方向の中心を通っていない。具体的には、第２表面導体６は、第１中心線ＣＬ１から直交する第２の方向へあるいは第２中心線ＣＬ２から第１の方向へ伸びている長さＬの長方形帯状であり、第１中心線ＣＬ１および第２中心線ＣＬ２は、各第２表面導体６の端からＬ／３（２Ｌ／３）の位置を通っている。図１８に示す例における第２表面導体６の第１中心線ＣＬ１または第２中心線ＣＬ２が通っている端から反対側へも伸びた形状ということもできる。

図１４〜図１９に示す例においても、アンテナ素子領域１１０の中心から第２表面導体６の内端までの距離Ｄがλ_０／４の奇数倍であると、より指向性およびゲインの高いアンテナ基板１００となる。また、第２表面導体６の幅Ｗがλ_０／４の奇数倍である場合にも、より指向性およびゲインの高いアンテナ基板１００となる。

サイドローブはスロット３ａの長さ方向すなわち第１の方向に大きくなりやすい。そのため、アンテナ素子領域１１０の中心から第２表面導体６の内端までの距離Ｄがλ_０／４の奇数倍である位置に、第１中心線ＣＬ１と直交する第２表面導体６があると、サイドローブを低減する効果が大きい。また、第２表面導体６の幅Ｗがλ_０／４の奇数倍であると、サイドローブをより低減することができる。

このとき、アンテナ素子領域１１０から９０度方向（第１の面１１の面方向）へ放射された信号は、第２表面導体６内を幅Ｗ方向へ伝送して第２表面導体６の外周端で反射する
。これと同様に、第２表面導体６に入射した信号は、第２表面導体６内を長さＬ方向へ伝送して長さ方向の端でも反射し、アンテナ素子領域１１０への反射波が発生する。この反射波もまたアンテナ素子領域１１０から９０度方向へ放射された信号と逆位相となるようにするとよい。すなわち、第２表面導体６が、アンテナ素子領域１１０の中心を通り第１の方向に伸びる第１中心線ＣＬ１と直交し、第１中心線ＣＬ１から第２表面導体６の端までの長さがλ_０／４の奇数倍であるアンテナ基板１００とすることができる。第２表面導体６の中心から端までの長さがλ_０／４の奇数倍であると、第２表面導体６の長さ方向の端において反射した反射波もまたアンテナ素子領域１１０から９０度方向へ放射された信号と位相が逆になる。そのため、９０度方向へ放射された信号の反射波による低減がより効果的に行なわれ、指向性およびゲインがより高いアンテナ基板１００となる。また、反射波の位相を逆位相にするとともに第２表面導体６内での減衰を小さくして、反射波によるサイドローブの低減効果を高めるためにも第２表面導体６の中心から端までの長さをλ_０／４（λ_０／４の１倍）、第２表面導体６の長さＬをλ_０／２とすることができる。

第１の方向だけでなく第２の方向のサイドローブも低減することで、指向性およびゲインをより高められる。そのため、図１６に示す例のように第１中心線ＣＬ１と直交する第２表面導体６だけでなく、図１４に示す例のように、第２中心線ＣＬ２と直交する第２表面導体６も設けることができる。そして、第２中心線ＣＬ２と直交する第２表面導体６は、アンテナ素子領域１１０の中心から第２表面導体６の内端までの距離Ｄがλ_０／４の奇数倍である位置にあり、幅Ｗがλ_０／４の奇数倍で、第２中心線ＣＬ２から端までの長さがλ_０／４の奇数倍であると、上記と同様にさらに効果的である。また、上記と同様に反射波の位相を逆位相にするとともに第２表面導体６内での減衰を小さくして、反射波によるサイドローブの低減効果を高めるためにも第２表面導体６の中心から端までの長さをλ_０／４（λ_０／４の１倍）、第２表面導体６の長さＬをλ_０／２とすることができる。

以上の表面導体２を全周にわたって取り囲んでいない第２表面導体６は、アレイアンテナにも適用することができ、各アンテナ素子領域１１０の中心を通り第１の方向に伸びる第１中心線ＣＬ１、第２の方向に伸びる第２中心線ＣＬ２と直交するものとすることができる。

以上のようなアンテナ基板１００は、通信モジュールに用いることができ、その場合には半導体素子２００が搭載されるものとすることができる。例えば、図１０〜図１３に示す例のアンテナ基板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を有しているアンテナ基板１００とすることができる。そして、このようなアンテナ基板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１０〜図１３に示す例の通信モジュール３００のアンテナ基板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。

図１０〜図１３に示す例のアンテナ基板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１０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１１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１２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８ａ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８ａ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。

図１〜図４および図８に示す例のアンテナ基板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５および図６に示す例のアンテナ基板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９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１０および図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ンテナ基板１００とすることができる。

上述したアンテナ基板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５および図６に示す例のような第２接地導体９を有するアンテナ基板１００において、平面透視で給電線路導体４および給電配線導体８を囲むように配列され、第２接地導体９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。

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。

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、この回路によりアンテナ基板１００で送受信する信号が制御される。

誘電体基板１は、アンテナ基板１００の基本的な構造部分であり、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。

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。

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。

誘電体基板１を含むアンテナ基板１００は、このようなアンテナ基板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。

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９、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。

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。

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。

接地導体３の大きさは、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。

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。

本実施形態のアンテナ基板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ンテナ基板１００のモデルは、以下の通りである。

実施例１〜実施例６のアンテナ基板１００は、図１および図２に示す例のような構成のアンテナ素子領域１１０を１つ有するものである。アンテナ素子領域１１０における表面導体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λ_０は４ｍｍであるので、表面導体２は、１辺の長さが２ｍｍ（λ_０／２）の正方形で中央に１辺の長さが１．８ｍｍの正方形である開口２ａを有するものとした。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。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ので、表面導体２と接地導体３との間の距離はλｇ／４である。

第２表面導体６は幅が一定の正方形枠状である。実施例１〜実施例３は、第２表面導体６の幅が０．５ｍｍで内寸（および外寸）が異なるものである。すなわち、アンテナ素子領域１１０の中心から第２表面導体６の内端までの距離Ｄが異なるものである。内端までの距離Ｄは、実施例１では２．０ｍｍ、実施例２では３．０ｍｍ、実施例３では３．５ｍｍである。比較例のアンテナ基板は、アンテナ素子領域は同じであるが第２表面導体６を有さないものである。比較例の放射パターンを図２０に、実施例１〜実施例３の放射パターンをそれぞれ図２１〜図２３に示す。図２０〜図２３に示すグラフにおいて、０度方向は天頂方向、±９０度方向は天頂方向に対して９０度の方向である水平方向を示している。この水平方向のうち、スロット３ａの長さ方向でありサイドローブが大きくなりやすい、第１の方向の放射パターンを示している。

図２０によれば、第２表面導体６を有さない比較例の天頂方向のゲインは５．５２ｄＢｉであるが、約±９０度方向に約７．２ｄＢの大きい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。

これに対して、第２表面導体６を設けた実施例１〜実施例３の放射パターンを示す図２１〜図２３によれば、±９０度方向のサイドローブは大きく減少しており、ゲインは比較例の５．５２ｄＢｉに対して７．６８ｄＢｉ，８．４９ｄＢｉ，８．１０ｄＢｉといずれも大きいものとなっている。そして、内端までの距離Ｄが３．０ｍｍ、すなわちλ_０／４の３倍である実施例２のゲインが最も大きいものとなっている。

また、実施例４〜実施例６は、アンテナ素子領域１１０の中心から第２表面導体６の内端までの距離Ｄが３ｍｍで第２表面導体６の幅Ｗが異なるものである。すなわち、内端までの距離Ｄは実施例２と同様の３ｍｍであり、第２表面導体６の幅Ｗは、実施例４では０．２ｍｍ、実施例５では１．０ｍｍｍ、実施例６では１．５ｍｍである。実施例４〜実施例６の第１の方向の放射パターンをそれぞれ図２４〜図２６に示す。

図２４〜図２６によれば、実施例４〜実施例６においても、比較例に対して±９０度方向のサイドローブは大きく減少しており、ゲインは比較例の５．５２ｄＢｉに対して６．５３ｄＢｉ，９．６７ｄＢｉ，９．４７ｄＢｉといずれも大きいものとなっている。そして、第２表面導体６の幅Ｗが１．０ｍｍ、すなわちλ_０／４の１倍である実施例５のゲインが最も大きいものとなっている。

次に、第２表面導体６が表面導体２を全周にわたって取り囲む枠状でない場合のアンテナ特性について説明する。実施例７のアンテナ基板１００の第２表面導体６は図１４に示す例のような形態、実施例８のアンテナ基板１００の第２表面導体６は図１５に示す例のような形態、実施例のアンテナ基板１００の第２表面導体６は図１６に示す例のような形態、実施例１０のアンテナ基板１００の第２表面導体６は図１７に示す例のような形態、実施例１１のアンテナ基板１００の第２表面導体６は図１８に示す例のような形態、実施例１２のアンテナ基板１００の第２表面導体６は図１９に示す例のような形態である。アンテナ素子領域１１０の中心から第２表面導体６までの第１の方向および第２の方向の距離Ｄは３．０ｍｍで、第２表面導体６の幅Ｗは１．０ｍｍである。第２表面導体６の長さＬは、実施例７および実施例９〜実施例１１では２．０ｍｍ、実施例１２では３．０ｍｍ（中心線ＣＬ１，ＣＬ２から一方端まで２．０ｍｍ、他方端まで１．０ｍｍ）である。実施例８では図１５における隣り合う第２表面導体６間の距離Ｄ２が２ｍｍである。これ以外の部分については、実施例５と同じである。実施例７〜実施例１２の放射パターンをそれぞれ図２７〜図３２に同様のグラフで示す。

実施例７〜実施例１２の放射パターンを示す図２７〜図３２によれば、±９０度方向のサイドローブは大きく減少しており、ゲインは比較例の５．５２ｄＢｉに対して実施例７は９．８６ｄＢｉ，実施例８は７．６１ｄＢｉ，実施例９は８．５６ｄＢｉ，実施例１０は７．３４ｄＢｉ，実施例１１は７．２８ｄＢｉ，実施例１２は８．９２ｄＢｉといずれも大きいものとなっている。このように、第２表面導体６は、第１の面１１に表面導体２との間に間隔を空けて表面導体２の外側に設けられているものであれば、表面導体２を全周にわたって取り囲んでいなくてもゲインの高いアンテナ基板１００となることがわかる。また、第２表面導体６は、アンテナ素子領域１１０の中心を通り第１の方向に伸びる第１中心線ＣＬ１と直交するものであるとゲインが高くなることがわかる。そして、第１中心線ＣＬ１と直交する第２表面導体６だけでなく、第２中心線ＣＬ２と直交する第２表面導体６も有していると、さらにゲインが高くなることがわかる。

実施例７の第２表面導体６の長さＬ＝２ｍｍに対して実施例１３はＬ＝１ｍｍ、実施例１４はＬ＝１．５ｍｍ、実施例１５はＬ＝３ｍｍ、実施例１６はＬ＝４ｍｍ、実施例１７はＬ＝５．９９ｍｍとした以外は同じであるアンテナ基板１００とした。比較例、実施例７および実施例１３〜実施例１７のアンテナ基板１００のゲインについて、ゲインと第２表面導体６の長さＬについてまとめたグラフを図３３に示す。第２表面導体６の長さＬ＝０ｍｍは第２表面導体６を有していない比較例である。

図３３によれば、第２表面導体６の長さＬ＝２．０ｍｍである実施例７のゲインが最も高く、第２表面導体６の長さＬが２．０ｍｍより大きくても、小さくてもゲインは低下する。実施例７の第２表面導体６は、長さ方向の中心で中心線ＣＬ１，ＣＬ２と直交し、中心線ＣＬ１，ＣＬ２から端までの長さＬ／２＝１．０ｍｍでλ_０／４である。また、第２表面導体６の長さＬが２．０ｍｍより大きくなるとゲインは低下するが、Ｌ＝４ｍｍの実施例１６のゲインよりもＬ＝、５．９９≒６．０ｍｍの実施例１７のゲインの方が高い。実施例１７の第２表面導体６は中心線ＣＬ１，ＣＬ２から端までの長さＬ／２＝３．０ｍｍで３λ_０／４であり、λ_０／４の３倍の長さである。第２表面導体６の中心線ＣＬ１，ＣＬ２から端までの長さがλ_０／４の奇数倍であるとゲインが高くなることがわかる。実施例７（Ｌ／２＝λ_０／４）よりも実施例１７（Ｌ／２＝３λ_０／４）の方が低いゲインとなったのは、第２表面導体６中を転送する際の損失によって反射波が弱まったためと思われる。例えば、アンテナ基板１００の反りの調整のために第２表面導体６の長さを長くしたい場合に、ゲインの低下を抑えるのに有効である。

以上のことから、表面導体２の外側に第２表面導体６を設けることで、指向性が高く、
ゲインの大きいアンテナ基板１００を得ることができるといえる。

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
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表面導体
７・・・電極
８・・・給電配線導体
８ａ・・・給電点
９・・・第２接地導体
１００・・・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

Claims (7)

1. 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、
   前記誘電体基板の前記第１の面に前記表面導体との間に間隔を空けて外側に設けられている帯状の第２表面導体とを備えているアンテナ基板。
2. 前記高周波信号の自由空間波長をλ_０としたとき、前記第１の方向および前記第２の方向における前記アンテナ素子領域の中心から前記第２表面導体の内端までの距離はλ_０／４の奇数倍である請求項１に記載のアンテナ基板。
3. 前記第２表面導体の幅はλ_０／４の奇数倍である請求項２に記載のアンテナ基板。
4. 前記２表面導体は、前記アンテナ素子領域の中心を通り前記第１の方向に伸びる第１中心線と直交し、該第１中心線から前記第２表面導体の端までの長さがλ_０／４の奇数倍である請求項２または請求項３に記載のアンテナ基板。
5. 前記アンテナ素子領域が、前記第１の方向および前記第２の方向のうち少なくとも一方に複数個接して配列されてアレイ部を構成しており、
   前記第２表面導体は前記アレイ部を取り囲んで配置されている請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のアンテナ基板。
6. 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請求項５に記載のアンテナ基板。
7. 請求項６に記載の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通信モジュール。
   

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