JP2021022610A - アンテナ装置および製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明の実施形態が解決しようとする課題は、放射部および信号線路の配置箇所の限定が少なく、安価なアンテナ装置を提供することである。【解決手段】上記課題を解決するために、実施形態のアンテナ装置は、第1の面または内部に形成される放射部、この第1の面と反対の第2の面に形成される第1電極、並びにこの第1の面からこの第2の面までを貫通して形成され、この放射部およびこの第1電極を電気的に接続する第1導電体を有する第1誘電体基板と、この第2の面と接着部を介して対向する第3の面にこの第1電極と少なくとも一部対向して形成され、この第1電極と電磁界結合する第2電極、この第3の面と反対の第4の面および内部の少なくとも一方に形成される第1信号線路、並びにこの第3の面からこの第4の面までを貫通して形成され、この第2電極およびこの第1信号線路を電気的に接続する第2導電体を有する第2誘電体基板を備える。【選択図】図2

Description

本発明の実施形態は、アンテナ装置および製造方法に関する。
放射部、信号線路を備えたアンテナ装置が開発されている。この放射部のために、信号線路の配置箇所が限定される。一方、信号線路の配置箇所を確保するためにビルドアップ工法による積層が開発されているが、高価である。放射部および信号線路の配置箇所の限定が少なく、ビルドアップ工法よりも安価に製造可能なアンテナ装置が望まれる。
特開2002−271133号公報
本発明の実施形態が解決しようとする課題は、放射部および信号線路の配置箇所の限定が少なく、安価なアンテナ装置を提供することである。
上記課題を解決するために、実施形態のアンテナ装置は、第1の面または内部に形成される放射部、この第1の面と反対の第2の面に形成される第1電極、並びにこの第1の面からこの第2の面までを貫通して形成され、この放射部およびこの第1電極を電気的に接続する第1導電体を有する第1誘電体基板と、この第2の面と接着部を介して対向する第3の面にこの第1電極と少なくとも一部対向して形成され、この第1電極と電磁界結合する第2電極、この第3の面と反対の第4の面および内部の少なくとも一方に形成される第1信号線路、並びにこの第3の面からこの第4の面までを貫通して形成され、この第2電極およびこの第1信号線路を電気的に接続する第2導電体を有する第2誘電体基板を備える。
第1の実施形態におけるアンテナ装置100の上面図。 第1の実施形態におけるアンテナ装置100の断面図。 第1導電体114の形態を説明する図。 第1の実施形態における変形例のアンテナ装置140の断面図。 第1の実施形態における変形例のアンテナ装置150の断面図。 第1の実施形態における変形例のアンテナ装置160の断面図。 第1の実施形態における変形例のアンテナ装置170の断面図。 第1の実施形態における変形例のアンテナ装置180の断面図。 第2の実施形態におけるアンテナ装置200の上面図。 第2の実施形態におけるアンテナ装置200の断面図。 第3の実施形態におけるアンテナ装置300の上面図。 第3の実施形態におけるアンテナ装置300の断面図。 第4の実施形態におけるアンテナ装置400の上面図。 第4の実施形態におけるアンテナ装置400の断面図。 第5の実施形態におけるアンテナ装置500の上面図。 第5の実施形態におけるアンテナ装置500の断面図。 第5の実施形態における変形例のアンテナ装置550の上面図。 第5の実施形態における変形例のアンテナ装置560の上面図。 第6の実施形態におけるアンテナ装置600の上面図。 第6の実施形態におけるアンテナ装置600の断面図。 第6の実施形態におけるアンテナ装置600の第4信号線路621を説明するための図。 第6の実施形態における変形例のアンテナ装置650の断面図。 第7の実施形態におけるアンテナ装置700の上面図。 第7の実施形態における変形例のアンテナ装置750の上面図。 第7の実施形態における変形例のアンテナ装置750の断面図。
以下、発明を実施するための実施形態について図面を参照して説明する。開示はあくまで一例にすぎず、以下の実施形態に記載した内容により発明が限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各部分のサイズ、形状等を実際の実施態様に対して変更して模式的に表す場合もある。複数の図面において、対応する要素には同じ参照数字を付して、詳細な説明を省略する場合もある。
(第1の実施形態)
以下、第1の実施形態のアンテナ装置100について説明する。図1はアンテナ装置100の上面図(XY平面図)を表し、図2は図1の破線L−L´における断面図(XZ平面図)を表す。図1におけるZ方向は、紙面手前から紙面裏側へ進む方向であり、図2におけるY方向も紙面手前から紙面裏側へ進む方向である。以降、同様の印(丸および×で表される印)は同様に紙面手前から紙面裏側へ進む方向である。
アンテナ装置100は、まず放射部112を有する第1基板110と、第1信号線路124を有する第2基板120をそれぞれ製造する。次に第1基板110と第2基板120とを接着部130で接着してアンテナ装置100を製造する。これにより、放射部112および第1信号線路124の配置箇所の限定が少なく、安価に製造することができる。
第1基板110について、図1および図2を用いて説明する。第1基板110は、第1誘電体基板111を有し、第1誘電体基板111の上側(−Z方向)の面には第1導電層113および放射部112、第1誘電体基板111を貫通する第1導電体114、および第1誘電体基板111の下側(+Z方向)の面には第1電極115がそれぞれ形成されている。放射部112は、第1導電体114を通じて第1電極115と電気的に接続されている。
以降、電気的に接続されているとは、放射部112が送信および受信する高周波信号が伝送されていることを表している。物理的な接続に限定されず、例えば電磁界結合により高周波信号が伝送されていれば、電気的に接続されているとする。
第1誘電体基板111は、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)、エポキシなどの樹脂基板、樹脂を発泡した発泡プラスチック、液晶ポリマーなどのフィルム基板などの絶縁体で形成される。図2では、第1誘電体基板111の上側(−Z方向)の面を第1誘電体基板の第1の面111aと表し(以降、第1の面111aとも称する)、第1誘電体基板111の下側(+Z方向)の面を第1誘電体基板の第2の面111bと表す(以降、第2の面111bとも称する)。
放射部112は、後述する第1信号線路124からの信号を電磁波として送信するもしくは第1信号線路124に出力する信号を電磁波として受信する。放射部112は電磁波の送信もしくは受信が可能であれば任意であるが、本実施形態では一例として、スロットアンテナとして説明する。放射部112は他にもパッチアンテナ、モノポールアンテナ、ダイポールアンテナ、逆Fアンテナなどが適用可能である。また、放射部112の平面視の形状(XY平面における形状)も任意であるが、本実施形態では一例として、矩形に形成される。放射部112の形状は他にも、多角形や曲線からなっていてもよいし、矩形を複数接続して曲げた形状などでもよい。放射部112は第1の面111aに形成され、後述する第1導電体114と電気的に接続される。
第1導電層113には放射部112が形成される。第1導電層113は導電材からなり、例えば第1の面111aへのパターニングによって形成される。導電材は任意の導電性材料が適用可能であるが、本実施形態では一例として、銅として説明する。導電材は他にも、金、銀、アルミニウム、タングステンなどが適用可能であり、これらの金属を用いた合金でもよい。また、これらの金属の表面に錆が生じることを防止するメッキが施されていてもよい。
第1導電体114は、放射部112と後述する第1電極115を電気的に接続する。第1導電体114は、第1誘電体基板111をZ方向に貫通して形成される。第1導電体114は図1では破線で表されている。第1導電体114は、貫通孔(スルーホールを意味する)の表面にメッキを施すことで形成される。第1導電体114は、貫通孔に導電性充填材を充填して形成されてもよい。導電性充填剤は、例えばエポキシ系樹脂や導電性ペーストなどである。
第1電極115は、放射部112と第1導電体114を通じて電気的に接続し、後述する第2基板120の第2電極122と電磁界結合することにより、第1基板110の放射部112と第2基板120の第1信号線路124とを電気的に接続する。第1電極115は導電材からなり、例えば第2の面111bへのパターニングによって形成される。導電材は任意の導電性材料が適用可能であるが、本実施形態では一例として、銅として説明する。導電材は他にも、金、銀、アルミニウム、タングステンなどが適用可能であり、これらの金属を用いた合金でもよい。また、これらの金属の表面に錆が生じることを防止するメッキが施されていてもよい。また、第1電極115の平面視の形状についても任意であるが、本実施形態では一例として、円形に形成される。第1電極115の形状は他にも、矩形や多角形、曲線からなっていてもよい。
第2基板120について、図2を用いて説明する。第2基板120は、第2誘電体基板121を有し、第2誘電体基板121の上側(−Z方向)の面には第2電極122およびパッド126A、第2誘電体基板121を貫通する第2導電体123、第2誘電体基板121の内部には第1信号線路124、第2誘電体基板121を貫通する第3導電体125、第2誘電体基板121の下側(+Z方向)の面にはパッド126B、126Cおよび第2導電層127がそれぞれ設けられている。第1信号線路124は、第2導電体123を通じて第2電極122と電気的に接続されている。第1電極115および第2電極122は接着部130を介して電磁界結合するため、放射部112と第1信号線路124は電気的に接続される。
第2誘電体基板121は、PTFE、エポキシなどの樹脂基板、樹脂を発泡した発泡プラスチック、液晶ポリマーなどのフィルム基板などの絶縁体で形成される。本実施形態では一例として、第1誘電体基板および第2誘電体基板は同じ絶縁体として説明するが、それぞれ異なる絶縁体で形成されてもよい。図2では、第2誘電体基板121の上側(−Z方向)の面を第2誘電体基板の第3の面121aと表し(以降、第3の面121aとも称する)、第2誘電体基板121の下側(+Z方向)の面を第2誘電体基板の第4の面121bと表す(以降、第4の面121bとも称する)。
第2電極122は、第1電極115と電磁界結合し、第1基板110の放射部112と第2基板120の第1信号線路124とを電気的に接続する。第2電極122は、後述する第1信号線路124と第2導電体123を通じて電気的に接続する。この接続により、放射部112と第1信号線路124は電気的に接続される。第2電極122は導電材からなり、例えば第3の面111bへのパターニングによって形成される。導電材は任意の導電性材料が適用可能であるが、本実施形態では一例として、銅として説明する。導電材は他にも、金、銀、アルミニウム、タングステンなどが適用可能であり、これらの金属を用いた合金でもよい。また、これらの金属の表面に錆が生じることを防止するメッキが施されていてもよい。また、第2電極122の平面視の形状についても任意であるが、本実施形態では一例として、円形に形成される。第2電極122の形状は他にも、矩形や多角形、曲線からなっていてもよい。
なお、図2から、第1電極115と第2電極122はZ方向から見て、接着部130を介して少なくとも一部対向し、コンデンサとして動作することで電磁界結合する。第1電極115と第2電極122がZ方向から見て対向する面積(第1電極115と第2電極122からなるコンデンサの静電容量)によって、伝送可能な周波数帯の信号が異なる。また、この面積が大きくなるほど信号の伝送における損失を小さくすることができる。この面積は、放射部112が送信もしくは受信する信号の周波数帯と、信号の伝送における損失に基づいて決定される。また、第1電極115と第2電極122が少なくとも一部直接接続してもよい。
第2導電体123は、第2電極122と後述する第1信号線路124を電気的に接続する。第2導電体123は、第2誘電体基板121をZ方向に貫通して形成される。第2導電体123は、貫通孔の表面にメッキを施すことで形成される。貫通孔には充填材を充填して形成されてもよい。
第1信号線路124は、放射部112が送信もしくは受信する信号を伝達する線路である。第1信号線路124は、後述する第3導電体125およびパッド126Bを通じて外部の電子装置と電気的に接続される。この外部の電子装置は例えば無線通信装置や、無線給電装置である。第1信号線路124は放射部112と第1導電体114、第1電極115、第2電極122、第2導電体123を通じて電気的に接続され、外部の電子装置と後述する第3導電体125、パッド126Bを通じて電気的に接続される。これらを通じて、アンテナ装置100と外部の電子装置とが電気的に接続される。第1信号線路124は信号を伝達できれば任意の線路を適用可能である。例えばストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路などである。本実施形態では一例として、マイクロストリップ線路とする。なお、アンテナ装置100と外部の電子装置とを電気的に接続する手段はパッド126Bに限られない。例えば、第1信号線路124を第2誘電体基板121の側面まで延長し、半田等で外部の電子装置と電気的に接続してもよい。また、電子装置があるのは外部に限られない。例えば、第2誘電体基板121に電子装置が埋め込まれており、第1信号線路124と電気的に接続されていてもよい。
第3導電体125は、第1信号線路124と後述するパッド126Bを電気的に接続する。第3導電体125、第2誘電体基板121をZ方向に貫通して形成される。第3導電体125は、貫通孔の表面にメッキを施すことで形成される。貫通孔に充填材を充填して形成されてもよい。
パッド126Aは第3の面121aに形成され第3導電体125と接続される。パッド126Bおよび126Cは第4の面121bに形成される。パッド126Bは第3導電体125と接続され、パッド126Cは第2導電体123と接続される。以降、パッド126A、126B、126Cは単にパッド126とも称する。パッド126Bは、上述した外部の電子装置を電気的に接続する。この外部の電子装置とパッド126Bとは、図示しないコネクタを通じて電気的に接続される。また、コネクタを介さず半田(図示せず)で接続されてもよい。パッド126は導電材からなり、例えば第3の面121aへのパターニングや、第4の面121bへのパターニングによって形成される。導電材は任意の導電性材料が適用可能であるが、本実施形態では一例として、銅として説明する。導電材は他にも、金、銀、アルミニウム、タングステンなどが適用可能であり、これらの金属を用いた合金でもよい。また、これらの金属の表面に錆が生じることを防止するメッキが施されていてもよい。また、パッド126の平面視の形状についても任意であるが、本実施形態では一例として、円形に形成される。パッド126の形状は他にも、矩形や多角形、曲線からなっていてもよい。
第2導電層127は、アンテナ装置100のグランドとなり、アンテナ装置100のノイズとなる外部の電磁波を、内部に伝えることを防止するシールドとなる。第2導電層127は導電材からなり、例えば第4の面121bへのパターニングによって形成される。導電材は任意の導電性材料が適用可能であるが、本実施形態では一例として、銅として説明する。導電材は他にも、金、銀、アルミニウム、タングステンなどが適用可能であり、これらの金属を用いた合金でもよい。また、これらの金属の表面に錆が生じることを防止するメッキが施されていてもよい。
パッド126Bおよび126Cは第2導電層127の一部を切削することにより形成してもよい。本実施形態の一例として、第4の面121bへのパターニングによって第2導電層127を形成し、第2導電層127の一部を刃物、レーザなどで切削し、パッド126Bおよび126Cを形成する。
以上、第1基板110および第2基板120を説明した。第1基板110と第2基板120は、接着部130により接着され、アンテナ装置100となる。接着部130は絶縁体であり、信号の損失が小さく、充填性、密着性がよい任意の接着剤が用いられる。例えば接着部130には熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂、プリプレグなどが用いられる。
以上、アンテナ装置100の構成を説明した。以降、アンテナ装置100の動作を説明する。信号の送信時におけるアンテナ装置100の動作から説明する。外部の電子装置からパッド126Bを通じて送信すべき信号(以降、送信信号とも称する)がアンテナ装置100に入力される。この送信信号はパッド126Bから第3導電体125、第1信号線路124、第2導電体123を通じて第2電極122に送られる。第2電極122から第1電極115に電磁界結合により送られ、第1電極115から第1導電体114を通じて放射部112に送られる。送信信号は、放射部112によって電磁波として送信される。
受信時におけるアンテナ装置100の動作を説明する。放射部112は電磁波を受信すると、この電磁波を表す信号(以降、受信信号とも称する)を出力する。この受信信号は、放射部112から第1導電体114を通じて第1電極115に送られ、第1電極115から第2電極122に電磁界結合により送られる。第2電極から第2導電体123、第1信号線路124、第3導電体125、パッド126Bを通じてアンテナ装置100から出力される。受信信号は、パッド126Bから外部の電子装置に送られる。
以上、アンテナ装置100の動作を説明した。以降、図1および図2に表すアンテナ装置100の製造工程を説明する。アンテナ装置100は、第1基板110および第2基板120を接着部130で接着して製造される。
第1基板110の製造工程は、第1の面111aに第1導電層113および放射部112を形成するステップ、第2の面111bに第1電極を形成するステップ、誘電体基板111をZ方向に貫通する第1導電体114を形成するステップが含まれる。これらのステップのうち、少なくとも1つのステップを通じた第1基板110の製造を、第1基板110の準備とも称する。この第1基板110の準備には、製造された第1基板110を用意することも含まれる。
第2基板120の製造工程は、第2誘電体基板121の内部に第1信号線路124を形成するステップ、第2導電層127、パッド126B、および126Cを形成するステップ、第2電極122およびパッド126Aを形成するステップ、第2誘電体基板121をZ方向に貫通する第2導電体123および第3導電体125を形成するステップが含まれる。これらのステップのうち、少なくとも1つのステップを通じた第2基板120の製造を、第2基板120の準備とも称する。この第2基板120の準備には、製造された第2基板120を用意することも含まれる。
準備した第1基板110および第2基板120を接着部130で接着し、アンテナ装置100を製造する。第1電極115および第2電極122は、少なくとも一部が接着部130を介して対向する。
以上に本実施形態のアンテナ装置100を説明したが、アンテナ装置100の変形例は様々に実装、実行可能である。以下に、本実施形態のアンテナ装置100の変形例を説明する。
本実施形態では、第1導電層113、第2導電層127、第1電極115、第2電極122、パッド126を、銅膜をパターニングして形成するとして説明したが、この場合に限定されない。第1導電層113、第2導電層127、第1電極115、第2電極122、パッド126の説明で述べた任意の導電材が適用可能であるし、少なくとも一部が異なる導電材を適用するようにしてもよい。また、これらの形成方法もパターニング以外の任意の方法が適用可能である。例えば、導電材を接着剤によって接着する方法、導電材を溶接する方法などが適用されうる。
本実施形態で説明した第1導電体114、第2導電体123、第3導電体125の形態について、具体的に図3を用いて説明する。説明のための例として、第1導電体114を挙げているが、第2導電材123、第3導電材125についても同様に適用可能である。第1導電体114は、図3(a)に表されるように貫通孔の表面に導電材のメッキを施して形成される。第1導電体114は、図3(b)に表されるように、表面にメッキを施した貫通孔に導電性充填剤を充填して形成されてもよい。
なお、図3(a)、図3(b)について、製造の過程において貫通孔が一部充填された形態でも、導電体の範囲に含まれる。例えば、貫通孔が接着部130、第1導電層113、第2導電層127、第1電極115、第2電極、パッド126などによって少なくとも一部充填されていてもよい。
以下に、アンテナ装置100の構成の変形例を説明する。
(第1の変形例)
アンテナ装置100では、放射部112はスロットアンテナとして説明したが、これに限定されない。例えば、パッチアンテナであってもよい。このようなアンテナ装置140を図4に表す。図4は、図1の破線L−L´における断面図と同様にして、アンテナ装置140の断面図を表す。放射部112は、第1の面111aに形成される。放射部112がパッチアンテナである場合でも、第1基板110において、放射部112は第1導電体114を通じて第1電極115と電気的に接続される。
(第2の変形例)
アンテナ装置100では、放射部112は第1の面111aに形成されたが、第1誘電体基板111内部に形成されてもよい。このようなアンテナ装置150を図5に表す。図5は、図1の破線L−L´における断面図と同様にして、アンテナ装置150の断面図を表す。なお、一例として、放射部112は第1の変形例で説明したパッチアンテナの場合で説明する。第1基板110において、放射部112は信号線路117、第1導電体114を通じて第1電極115と電気的に接続されている。信号線路117は信号を伝達できれば任意の線路を適用可能である。例えばストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路などである。
(第3の変形例)
アンテナ装置100では、第1信号線路124は第2誘電体基板121の内部に形成されたが、第4の面121bに形成されてもよい。このようなアンテナ装置を図6に表す。図6は、図1の破線L−L´における断面図と同様にして、アンテナ装置160の断面図を表す。アンテナ装置160では、第3導電体125およびパッド126は形成されていない。第2基板120において、第1信号線路124は、第2導電体123を通じて第2電極122と電気的に接続される。
(第4の変形例)
アンテナ装置100では、第1導電体114と第2導電体123は、貫通する方向(Z方向)から見て接着部130を介して連続するように見えるが、貫通する方向(Z方向)から見て異なる位置に形成されてもよい。このようなアンテナ装置を図7に表す。図7は、図1の破線L−L´における断面図と同様にして、アンテナ装置170の断面図を表す。この場合、第3の面121aに第2信号線路128を形成して、第2電極122と第2導電体123を電気的に接続する。第2信号線路128は、信号を伝達できれば任意の線路を適用可能である。例えばストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路などである。第2基板120において、パッド126Bは第3導電体125、第1信号線路124、第2導電体123、第2信号線路128を通じて、第2電極122と電気的に接続される。
第1導電体114と第2導電体123は、貫通する方向(Z方向)から見て異なる位置に形成されることで、放射部112を含む第1基板110と第1信号線路124を含む第2基板120をそれぞれ独立に設計でき、放射部112および第1信号線路124の配置箇所の限定をさらに少なくすることができる。
(第5の変形例)
アンテナ装置100では、パッド126Bは図示しないコネクタにより外部の電子装置と接続されているが、パッド126Bを介さず、第3導電体125または第1信号線路124と直接コネクタまたは電子装置と接続するようにしてもよい。このようなアンテナ装置180を図8に表す。
図8は、第1信号線路124にコネクタ129が接続されているアンテナ装置180を表す。図8は、図1の破線L−L´における断面図と同様にして、アンテナ装置180の断面図を表す。コネクタ129は、第1信号線路124が形成される第2誘電体基板121のYZ平面における表面(以降、第5の面とも称する)に設けられてもよい。コネクタ129は、第1信号線路124と半田など(図示せず)を介して接続される。アンテナ装置180では、第3導電体125、パッド126Aおよび126Bは形成されていない。第2基板120において、コネクタ129は、第1信号線路124、第2導電体123を通じて第2電極122と電気的に接続される。
また、コネクタ129は外部の電子装置を表すICチップであってもよい。ICチップがアンテナ装置に直接設けられることで、電子装置とアンテナ装置を含めた全体を小型化することができる。以上のようにして、パッド126を介さずにコネクタまたは電子装置と接続されたアンテナ装置としてもよい。
以上、本実施形態の変形例を説明した。本実施形態のアンテナ装置100は、それぞれ製造された第1基板110と第2基板120を接着部130により接着して製造される。このようにすることで、放射部112を含む第1基板110と第1信号線路124を含む第2基板120をそれぞれ独立に設計でき、放射部112および第1信号線路124の配置箇所の限定を少なくすることができる。また、第2誘電体基板121に第2導電体123および第3導電体125を形成し、第1誘電体基板111を積層して第1導電体114を形成するビルドアップ工法と異なり、第1導電体114を含む第1基板110、第2導電体123および第3導電体125を含む第2基板120の製造をそれぞれ行い、接着部130で接着することにより、ビルドアップ工法による形成よりも工程を少なくすることができる。アンテナ装置100の製造工程が少なくなることで、アンテナ装置100を安価に製造することができる。
(第2の実施形態)
以下、第2の実施形態のアンテナ装置200について説明する。図9はアンテナ装置200の上面図(XY平面図)を表し、図10は図9の破線L−L´における断面図(XZ平面図)を表す。
アンテナ装置200は、放射部112および第1導体板211を有する第1基板210と、第1の実施形態で説明したアンテナ装置100の第2基板120とを接着部130により接着して構成される。第1基板210が第1導体板211を有することにより、第1の実施形態の効果に加えてアンテナ装置200内部における高周波信号の漏洩を抑制することができ、アンテナ装置の放射効率や利得の低下を抑制することができる。
第1基板210について、図9および図10を用いて説明する。本実施形態では一例として、放射部112はパッチアンテナの場合を説明するが、第1の実施形態で説明したようにスロットアンテナなど他のアンテナも適用可能である。第1導電体114は図9では破線で表している。
第1導体板211は、アンテナ装置200のグランドとなり、放射部112のノイズとなる高周波信号を、第2基板120から第1基板210に伝えることを防止するシールドとなる。また、第1信号線路124のノイズとなる高周波信号を、第1基板210から第2基板120に伝えることを防止するシールドとなる。放射部112および第1信号線路124は、第1導体板211によって互いに電気的な影響を受けにくくなる。第1導体板211は導電材からなり、例えば第2の面111bへのパターニングによって形成される。導電材は任意の導電性材料が適用可能であるが、本実施形態では一例として、銅として説明する。導電材は他にも、金、銀、アルミニウム、タングステンなどが適用可能であり、これらの金属を用いた合金でもよい。また、これらの金属の表面に錆が生じることを防止するメッキが施されていてもよい。
アンテナ装置200の電気的な接続は、第1の実施形態の第1の変形例で説明したアンテナ装置140と同様であるので、説明を省略する。
以上に第2の実施形態のアンテナ装置200を説明したが、アンテナ装置200の変形例は様々に実装、実行可能である。例えば、第1の実施形態および変形例は、アンテナ装置200にも同様に適用可能である。
アンテナ装置200は、第1導体板211を備える第1基板210を有することで、第1の実施形態の効果に加え、アンテナ装置200内部における高周波信号の漏洩を抑制することができ、アンテナ装置の放射効率や利得の低下を抑制することができる。
(第3の実施形態)
以下、第3の実施形態のアンテナ装置300について説明する。図11はアンテナ装置300の上面図(XY平面図)を表し、図12は図11の破線L−L´における断面図(XZ平面図)を表す。
アンテナ装置300は、放射部112を有する第1基板310と、第1信号線路124および第2導体板321を有する第2基板320とを接着部130により接着して構成される。第2基板320が第2導体板321を有することにより、第1の実施形態の効果に加えてアンテナ装置300内部における高周波信号の漏洩を抑制することができ、アンテナ装置の放射効率や利得の低下を抑制することができる。
第1基板310および第2基板320について、図11および図12を用いて説明する。本実施形態では一例として、放射部112はスロットアンテナの場合を説明するが、第1および第2の実施形態で説明したようにパッチアンテナなど他のアンテナも適用可能である。
第1基板310は、第1誘電体基板111内部に第3信号線路311を備える。第3信号線路311は第1導電体114と電気的に接続され、放射部112と電磁界結合により電気的に接続されている。第3信号線路311は本実施形態では一例として、ストリップ線路として説明する。
第2導体板321は、アンテナ装置300のグランドとなり、放射部112のノイズとなる高周波信号を、第2基板120から第1基板210に伝えることを防止するシールドとなる。また、第1信号線路124のノイズとなる高周波信号を、第1基板210から第2基板120に伝えることを防止するシールドとなる。放射部112および第1信号線路124は、第2導体板321によって互いに電気的な影響を受けにくくなる。第2導体板321は導電材からなり、例えば第3の面121aへのパターニングによって形成される。導電材は任意の導電性材料が適用可能であるが、本実施形態では一例として、銅として説明する。導電材は他にも、金、銀、アルミニウム、タングステンなどが適用可能であり、これらの金属を用いた合金でもよい。また、これらの金属の表面に錆が生じることを防止するメッキが施されていてもよい。
アンテナ装置300の電気的な接続を説明する。第1基板310において、放射部112と第3信号線路311とは電磁界結合により電気的に接続され、第3信号線路311から第1導電体114を通じて第1電極115に電気的に接続されている。第2基板320において、パッド126Bは第3導電体125、第1信号線路124、第2導電体123を通じて第2電極122と電気的に接続される。第1電極115および第2電極122は電磁界結合により電気的に接続される。
以上に第3の実施形態のアンテナ装置300を説明したが、アンテナ装置300の変形例は様々に実装、実行可能である。例えば、第1、第2の実施形態および変形例は、アンテナ装置300にも同様に適用可能である。
アンテナ装置300は、第2導体板321を備える第2基板320を有することで、第1の実施形態の効果に加え、アンテナ装置300内部における高周波信号の漏洩を抑制することができ、アンテナ装置の放射効率や利得の低下を抑制することができる。
(第4の実施形態)
以下、第4の実施形態のアンテナ装置400について説明する。図13はアンテナ装置400の上面図(XY平面図)を表し、図14は図13の破線L−L´における断面図(XZ平面図)を表す。
アンテナ装置400は、第2の実施形態で説明した第1基板210と、第3の実施形態で説明したアンテナ装置100の第2基板320とを接着部130により接着して構成される。第1基板210が第1導体板211を有し、第2基板320が第2導体板321を有することにより、第2および第3の実施形態よりさらにアンテナ装置200内部における高周波信号の漏洩を抑制することができ、アンテナ装置の放射効率や利得の低下を抑制することができる。なお、第1導体板211、第2導体板321をともに備える場合、接着部130の厚さ(Z方向)を小さくすることで、平行平板モードによる高周波信号の伝達を抑制することができる。
本実施形態では一例として、放射部112はパッチアンテナの場合を説明するが、第1および第3の実施形態で説明したようにスロットアンテナなど他のアンテナも適用可能である。
アンテナ装置400の電気的な接続は、第1の実施形態の第1の変形例で説明したアンテナ装置140と同様であるので省略する。
以上に第4の実施形態のアンテナ装置400を説明したが、アンテナ装置400の変形例は様々に実装、実行可能である。例えば、第1から第3の実施形態および変形例は、アンテナ装置400にも同様に適用可能である。
アンテナ装置400は、第1導体板211を備える第1基板210および第2導体板321を備える第2基板320を有することで、第1の実施形態の効果に加え、アンテナ装置200内部における高周波信号の漏洩を第2、第3の実施形態よりもさらに抑制することができ、アンテナ装置の放射効率や利得の低下を抑制することができる。
(第5の実施形態)
以下、第5の実施形態のアンテナ装置500について説明する。図15はアンテナ装置500の上面図(XY平面図)を表し、図16は図15の破線L−L´における断面図(XZ平面図)を表す。
アンテナ装置500は、放射部112、第1導体板211、および第4導電体511を有する第1基板510と、第3の実施形態で説明した第2基板320とを接着部130により接着して構成される。第1基板510が第4導電体511を有することにより、第4の実施形態の効果に加えて第1基板510に平行(XY平面)な方向への不要な高周波信号の伝搬を抑制することができ、アンテナ装置の放射効率や利得の低下を抑制することができる。
第1基板510について、図15および図16を用いて説明する。本実施形態では一例として、放射部112はパッチアンテナの場合を説明するが、第1から第4の実施形態で説明したようにスロットアンテナなど他のアンテナも適用可能である。
第1基板510は、第4導電体511を備える。第4導電体511はアンテナ装置500内部における第1基板510に平行(XY平面)な方向への不要な高周波信号の伝搬を抑制する。第4導電体511は、第1誘電体基板111をZ方向に貫通して形成される。第4導電体511は図15では破線で表されている。第4導電体511は、貫通孔の表面にメッキを施すことで形成される。第4導電体511は、貫通孔に導電性充填剤を充填して形成されてもよい。図15および図16に表されるように、本実施形態では第4導電体511は複数存在し、アンテナ装置500に垂直な方向(Z方向)から見て放射部112を囲んで形成される。
アンテナ装置500の電気的な接続は、大部分は第4の実施形態で説明したアンテナ装置400と同様であるので、相違点を説明する。第1基板510において、第4導電体511は第1導電層113および第1導体板211と電気的に接続されている。
以上に第5の実施形態のアンテナ装置500を説明したが、アンテナ装置500の変形例は様々に実装、実行可能である。例えば、第1から第4の実施形態および変形例は、アンテナ装置500にも同様に適用可能である。また、以降にアンテナ装置500の変形例を説明する。
アンテナ装置500が備える第4導電体511は、Z方向から見て放射部112を囲んで形成されるが、図15の形態に限定されない。例えば、変形例として図17に示されるアンテナ装置550は、アンテナ装置550の上面図(XY平面図)を表す。アンテナ装置550における第4導電体511は、放射部112の辺に沿って形成され、放射部112の角部には形成されていない。このような場合でも、第4導電体511は、Z方向から見て放射部112を囲んで形成されるとする。
また、変形例として図18に示されるアンテナ装置560は、アンテナ装置560の上面図(XY平面図)を表す。アンテナ装置560における第4導電体511は、放射部112の角部に沿って形成され、放射部112の辺に沿って形成されていない。このような場合でも、第4導電体511は、Z方向から見て放射部112を囲んで形成されるとする。
これらの変形例においても、第4導電体511の間隔が、アンテナ装置500が使用する信号の周波数の波長の2分の1未満など、波長に対して小さい場合、第4導電体511によって、第1基板510に平行(XY平面)な方向への高周波信号の伝搬を抑制することができ、アンテナ装置の放射効率や利得の低下を抑制することができる。
アンテナ装置500は、第4導電体511を備える第1基板520を有することで、第4の実施形態の効果に加え、第1基板510に平行(XY平面)な方向への高周波信号の伝搬を抑制することができ、アンテナ装置の放射効率や利得の低下を抑制することができる。
(第6の実施形態)
以下、第6の実施形態のアンテナ装置600について説明する。図19はアンテナ装置600の上面図(XY平面図)を表し、図20は図19の破線L−L´における断面図(XZ平面図)を表し、図21は図20の破線M−M´における断面図(XY平面図)を表す。
アンテナ装置600は、第5の実施形態で説明したアンテナ装置500をアレイ化したアレイアンテナ装置である。第1基板610は放射部112、第1導電体114、第1電極115をそれぞれ複数有し、第2基板620は第2電極122、第2導電体123、パッド126Cを複数有する。アンテナ装置600は、第1基板610と第2基板620とを接着部130により接着して構成される。アンテナ装置をアレイ化することにより、第5の実施形態の効果に加え、アンテナ装置の利得を向上させることができる。
また、放射部112の配置の方法により、アンテナ装置600を小型化することができる。この配置を、図19に表される放射部112Aおよび112Bを用いて説明する。放射部112Aおよび112Bは、辺112A1および112B1が対向して形成されている。辺112A1から、辺112B1の反対側の辺である辺112B2までの距離dを、放射部112Aおよび112Bが送信および受信する電磁波の波長の3分の1以下となるように形成する。このようにすることで、アンテナ装置を小型化することができる。
また、第2基板620は第4信号線路621を備える。図21に表されるように、第4信号線路621は外部の電子装置と第5導電体622を介して電気的に接続し、複数の第2導電体123に電気的に接続されている。この第4信号線路621により、外部の電子装置および複数の放射部112との間で信号が伝達され、アレイアンテナ装置を実現することができる。
第1基板610および第2基板620について、図20および図21を用いて説明する。本実施形態では一例として、放射部112はパッチアンテナの場合を説明するが、第1から第5の実施形態で説明したようにスロットアンテナなど他のアンテナも適用可能である。
第1基板610は、第5の実施形態で説明した第1基板510と同様であるので、説明を省略する。第2基板620は、第4信号線路621および第5導電体622を備える。第4信号線路621は外部の電子装置と複数の第2導電体123を電気的に接続し、信号を伝達する。第4信号線路621は、後述する第5導電体622を介して外部の電子装置と電気的に接続される。第4信号線路621は信号を伝達できれば任意の線路を適用可能である。例えばストリップ線路、マイクロストリップ線路、コプレーナ線路などである。本実施形態では一例として、マイクロストリップ線路とする。
第5導電体622は、第4信号線路621と外部の電子装置を電気的に接続する。第5導電体622は、第2誘電体基板121をZ方向に貫通して形成される。図21では、第5導電体622と第4信号線路621との接続部が破線で表されている。また、図21では、第2導電体123と第4信号線路621との接続部も破線で表されている。第5導電体622は貫通孔の表面にメッキを施すことで形成される。第5導電体622は、貫通孔に導電性充填剤を充填して形成されてもよい。
アンテナ装置600の電気的な接続を説明する。外部の電子装置(図示しない)から、第5導電体622、第4信号線路621、第2導電体123を通じて第2電極122に電気的に接続されている。第2電極122は第1電極115と電磁界結合して電気的に接続されている。第1電極から第1導電体114を通じて放射部112に電気的に接続されている。
以上に第6の実施形態のアンテナ装置600を説明したが、アンテナ装置600の変形例は様々に実装、実行可能である。例えば、第1から第5の実施形態および変形例は、アンテナ装置600にも同様に適用可能である。また、以降にアンテナ装置600の変形例を説明する。
(変形例)
アンテナ装置600では、第4信号線路621により、外部の電子装置から複数の放射部112に信号を伝達していた。第1の変形例では、第4の面にコネクタ129を設けて、外部の電子装置から放射部112それぞれに信号を伝達するようにしてもよい。コネクタ129は、外部の電子装置を表すICであってもよい。
このようなアンテナ装置650を、図22に表す。図22は、図19の破線L−L´における断面図と同様にして、アンテナ装置650の断面図を表す。アンテナ装置650における第2基板620は、第4の面121bにさらに信号伝達における電子部品623を設けるようにしてもよい。電子部品623は、アンテナ装置650の送信および受信の効率を向上させる部品である。例えば移相器、インダクタ、コンデンサ、抵抗、帯域制限フィルタ、増幅器(アンプ)などである。コネクタ129、電子部品623、および第2導電体123は、第4の面121b上に形成された第1信号線路124によって電気的に接続される。
アンテナ装置650の電気的な接続を説明する。外部の電子装置(図示しない)から、コネクタ129、第1信号線路124、電子部品623、第1信号線路124、第2導電体123を通じて第2電極122に電気的に接続されている。第2電極122は第1電極115と電磁界結合して電気的に接続されている。第1電極から第1導電体114を通じて放射部112に電気的に接続されている。
アンテナ装置650は、第4の面にコネクタ129を設けることにより、外部の電子装置から放射部112それぞれに信号を伝達することができる。また、第4の面に電子部品623を設けることにより、第6の実施形態の効果に加えて、コネクタ129、電子部品623を含めてアンテナ装置650を小型化することができる。コネクタ129、電子部品623、および第2導電体123は、第4の面に形成された第1信号線路124によって電気的に接続される。
以上、本実施形態の変形例を説明した。本実施形態のアンテナ装置600は、第5の実施形態で説明したアンテナ装置500をアレイ化することにより、第5の実施形態の効果に加えて、アンテナ装置の利得を向上させることができる。
(第7の実施形態)
以下、第7の実施形態のアンテナ装置700について説明する。図23はアンテナ装置700の上面図(XY平面図)を表す。第6の実施形態のアンテナ装置600では、放射部112のそれぞれを囲んで形成される第4導電体511によって、第1基板610に平行(XY平面)な方向への高周波信号の伝搬を抑制していた。アンテナ装置700では、放射部112を囲んで形成される第4導電体511が、他の放射部112を囲んで形成される第4導電体511と少なくとも一部一致している。このようにすることで、アンテナ装置を小型化することができる。アンテナ装置700の電気的な接続は、第6の実施形態のアンテナ装置600と同様であるので、説明を省略する。
また、第6の実施形態で説明したように、複数の放射部112における距離dは、放射部112が送信および受信する電磁波の波長の3分の1以下である。このようにすることで、アンテナ装置をさらに小型化することができる。
以上に第7の実施形態のアンテナ装置700を説明したが、アンテナ装置700の変形例は様々に実装、実行可能である。例えば、第1から第6の実施形態および変形例は、アンテナ装置700にも同様に適用可能である。また、以降にアンテナ装置700の変形例を説明する。
(変形例)
アンテナ装置700は、放射部112がスロットアンテナでも実現可能である。このようなアンテナ装置750について説明する。図24はアンテナ装置750の上面図(XY平面図)を表し、図25は図24の破線L−L´における断面図(XZ平面図)を表す。
アンテナ装置700は、本実施形態で説明したアンテナ装置700を、スロットアンテナで実現したアンテナ装置である。また、本実施形態の放射部112は、H型スロットアンテナとしている。このようにすることで、アンテナ装置を小型化することができる。
また、第6の実施形態で説明したように、複数の放射部112における距離dは、放射部112が送信および受信する電磁波の波長の3分の1以下である。このようにすることで、アンテナ装置をさらに小型化することができる。
アンテナ装置750の電気的な接続を説明する。外部の電子装置(図示しない)から、第5導電体622、第4信号線路621、第2導電体123を通じて第2電極122に電気的に接続されている。第2電極122から第1電極115に電磁界結合により電気的に接続されている。第1電極115から第1導電体114を通じて第3信号線路311に電気的に接続されている。第3信号線路311から放射部112に電磁界結合により電気的に接続されている。
以上に第7の実施形態のアンテナ装置700を説明したが、アンテナ装置700の変形例は様々に実装、実行可能である。例えば、第1から第6の実施形態および変形例は、アンテナ装置700にも同様に適用可能である。本実施形態のアンテナ装置700は、第6の実施形態で説明したアンテナ装置600における、複数の放射部112をそれぞれ囲む第4導電体511のうち少なくとも一部が一致する。このようにすることで、アンテナ装置を小型化することができる。また、放射部112をH型スロットアンテナとすることで、アンテナ装置をさらに小型化することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規の実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
100:アンテナ装置
110:第1基板
111:第1誘電体基板
111a:第1誘電体基板の第1の面
111b:第1誘電体基板の第2の面
112、112A、112B:放射部
113:第1導電層
114:第1導電体
115:第1電極
116:パッド
117:信号線路
120:第2基板
121:第2誘電体基板
121a:第2誘電体基板の第1の面
121b:第2誘電体基板の第2の面
122:第2電極
123:第2導電体
124:第1信号線路
125:第3導電体
126A、126B、126C:パッド
127:第2導電層
128:第2信号線路
129:コネクタ、ICチップ
130:接着部
140、150、160、170、180:アンテナ装置(変形例)
200:アンテナ装置
210:第1基板
211:第1導体板
300:アンテナ装置
310:第1基板
311:第3信号線路
320:第2基板
321:第2導体板
400:アンテナ装置
500:アンテナ装置
510:第1基板
511:第4導電体
550、560:アンテナ装置(変形例)
600:アンテナ装置
610:第1基板
620:第2基板
621:第4信号線路
622:第5導電体622
623:電子部品
650:アンテナ装置(変形例)
700:アンテナ装置
710:第1基板
750:アンテナ装置(変形例)

Claims (14)

  1. 第1の面または内部に形成される放射部、前記第1の面と反対の第2の面に形成される第1電極、並びに前記第1の面から前記第2の面までを貫通して形成され、前記放射部および前記第1電極を電気的に接続する第1導電体を有する第1誘電体基板と、
    前記第2の面と接着部を介して対向する第3の面に前記第1電極と少なくとも一部対向して形成され、前記第1電極と電磁界結合する第2電極、前記第3の面と反対の第4の面および内部の少なくとも一方に形成される第1信号線路、並びに前記第3の面から前記第4の面までを貫通して形成され、前記第2電極および前記第1信号線路を電気的に接続する第2導電体を有する第2誘電体基板と、
    を備える、
    アンテナ装置。
  2. 前記第1電極および前記第2電極は、コンデンサとして動作し、前記放射部が送信および受信する信号の周波数に応じた静電容量を有する、
    請求項1に記載のアンテナ装置。
  3. 前記第2の面に第1導体板および前記第3の面に第2導体板のうち、少なくとも一方をさらに備える、
    請求項1乃至2のいずれか1つに記載のアンテナ装置。
  4. 前記第2の面または前記第1誘電体基板内部に、前記第1導電体と電気的に接続され、前記放射部と電磁界結合する第2信号線路をさらに備える、
    請求項1乃至3のいずれか1つに記載のアンテナ装置。
  5. 前記第1導電体および前記第2導電体は、表面にメッキが形成された貫通孔、または前記貫通孔に充填された導電性充填剤からなる、
    請求項1乃至4のいずれか1つに記載のアンテナ装置。
  6. 前記第1の面に設けられた導電層と、
    前記第1の面から前記第2の面までを貫通して形成され、前記導電層と電気的に接続される複数の第3導電体をさらに備え、
    前記第3導電体は前記第1誘電体基板が貫通された方向から見て、前記放射部を囲んで形成される、
    請求項1乃至5のいずれか1つに記載のアンテナ装置。
  7. 前記第3導電体は、表面にメッキが形成された貫通孔、または前記貫通孔に充填された導電性充填剤からなる、
    請求項6に記載のアンテナ装置。
  8. 前記放射部、前記第1電極、前記第2電極は少なくとも1つ以上であり、アレイアンテナとして動作する、
    請求項1乃至7のいずれか1つに記載のアンテナ装置。
  9. 前記放射部は第1放射部および第2放射部を含み、
    前記第1放射部および前記第2放射部をそれぞれ囲む前記第3導電体のうち、少なくとも一部は一致する、
    請求項6または7に記載のアンテナ装置。
  10. 前記放射部は第1放射部および第2放射部を含み、
    前記第1放射部の辺のうち、前記第2放射部の第1辺と対向する第2辺から、前記第1辺の反対側である第3辺までの距離が、前記第1放射部および前記第2放射部が使用する周波数帯の波長の3分の1以下である、
    請求項1乃至9のいずれか1つに記載のアンテナ装置。
  11. 第1の面または内部に形成される放射部、前記第1の面と反対の第2の面に形成される第1電極、並びに前記第1の面から前記第2の面までを貫通して形成され、前記放射部および前記第1電極を電気的に接続する第1導電体を有する第1誘電体基板と、
    第3の面に前記第1電極と少なくとも一部対向して形成され、前記第1電極と電磁界結合する第2電極、前記第3の面と反対の第4の面または内部に形成される第1信号線路、並びに前記第3の面から前記第4の面までを貫通して形成され、前記第2電極および前記第1信号線路を電気的に接続する第2導電体を有する第2誘電体基板と、
    前記第1誘電体基板および前記第2誘電体基板を接着する接着部と、
    を準備し、
    前記第2の面と前記第3の面を、前記接着部を介して接着する、
    アンテナ装置の製造方法。
  12. 前記第1電極および前記第2電極は、コンデンサとして動作し、前記放射部が送信および受信する信号の周波数に応じた静電容量を有する、
    請求項11に記載のアンテナ装置の製造方法。
  13. 前記第1誘電体基板は、前記第2の面に第1導電板を有し、
    前記第1電極および前記第1導電板は、前記第2の面に設けられた第1導電層から形成される、
    請求項11または12に記載のアンテナ装置の製造方法。
  14. 前記第2誘電体基板は、前記第3の面に第2導電板を有し、
    前記第2電極および前記第2導電板は、前記第3の面に設けられた第2導電層から形成される、
    請求項11乃至13のいずれか1つに記載のアンテナ装置の製造方法。
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