JP2021192506A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス基板を用いたアンテナ装置において、製造ばらつきなどに起因する特性の変動を抑える。【解決手段】アンテナ装置１は、ガラス基板１０，２０と、ガラス基板１０の表面１１に形成された放射電極３１と、ガラス基板１０の表面１２に形成され、平面視で放射電極３１と重なる給電電極３２と、ガラス基板２０の表面２１に形成されたグランド電極３４とを備える。ガラス基板１０，２０は、ガラス基板１０の表面１２とガラス基板２０の表面２２を向かい合わせて重ねられている。このように、ガラス基板１０の表裏に放射電極３１と給電電極３２が形成されていることから、製造ばらつきによって放射電極３１と給電電極３２の距離が変化することがない。これにより、製造ばらつきなどに起因する特性の変動を抑えることが可能となる。【選択図】図１

Description

本開示はアンテナ装置に関する。

高周波帯域のアンテナ装置は、基板の材料として、誘電率の低い絶縁材料を用いる必要がある。誘電率の低い絶縁材料としてはポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂が知られているが、フッ素系樹脂は一般に剛性が不十分であるとともに、熱膨張係数が大きいことから、パターン精度を確保することは困難である。例えば、３００ＧＨｚ帯のアンテナ装置においては±１μｍのパターン精度が求められるところ、基板の材料としてフッ素系樹脂を用いた場合、このような精度を確保するのは現実的ではない。

一方、フッ素系樹脂ほど誘電率が低くないものの、熱膨張係数が小さく且つ剛性の高い絶縁材料としてガラスなどの溶融固化材料やＨＴＣＣなどの焼成材料が挙げられる。基板の材料としてガラスを用いたアンテナ装置の例は、特許文献１に記載されている。

特許第６１５９４０７号公報 特開２０２０−３６２２０号公報 ＷＯ２０１８／１１６８６７

しかしながら、基板の材料としてガラスなどの溶融固化材料やＨＴＣＣなどの焼成材料を用いた場合、樹脂からなるプリント基板や、セラミックからなるＬＴＣＣ基板において一般的な積層工法を用いることができない。このため、放射電極、給電電極及びグランド電極をそれぞれ異なる層に設ける場合、溶融固化材料や焼成材料からなる複数の成形基板を重ねて使用する必要がある。

溶融固化材料や焼成材料からなる成形基板を用いたアンテナ装置に関するものではないが、特許文献２の図２には、一方の表面にグランド電極が設けられ、他方の表面に給電電極が設けられた基板と、一方の表面に放射電極が設けられた基板を用い、これらを重ねることによってアンテナ装置を構成する例が開示されている。しかしながら、この方法では、製造ばらつきなどに起因して放射電極と給電電極の距離が変動するおそれがあり、特に３００ＧＨｚ帯といった高周波帯域のアンテナ装置に応用した場合、安定した特性を維持することが困難である。

また、溶融固化材料や焼成材料からなる成形基板を用いたアンテナ装置に関するものではないが、特許文献３には、放射電極が設けられた基板と給電電極が設けられた基板の間に、開口部を有する別の基板を挟み込む構造が開示されている。しかしながら、この方法においても、製造ばらつきなどに起因して放射電極と給電電極の距離が変動するおそれがあった。

したがって、本開示は、ガラスなどの溶融固化材料やＨＴＣＣなどの焼成材料からなる成形基板を用いたアンテナ装置において、製造ばらつきなどに起因する特性の変動を抑えることを目的とする。

本開示の一実施態様によるアンテナ装置は、第１及び第２の成形基板と、第１の成形基板の一方の表面に形成された第１電極と、第１の成形基板の他方の表面に形成され、平面視で第１電極と重なる給電電極と、第２の成形基板の一方の表面に形成された第１のグランド電極とを備え、第１及び第２の成形基板は、第１の成形基板の他方の表面と第２の成形基板の他方の表面を向かい合わせて重ねられていることを特徴とする。

このように、本開示の一実施態様によれば、ガラスなどの溶融固化材料やＨＴＣＣなどの焼成材料からなる成形基板を用いたアンテナ装置において、製造ばらつきなどに起因する特性の変動を抑えることが可能となる。

図１は、本開示の第１の実施形態によるアンテナ装置１の構造を説明するための側面図である。 図２は、第１の実施形態によるアンテナ装置１に用いるガラス基板１０の構造を示す図であり、（ａ）はガラス基板１０を一方の表面１１側から見た平面図、（ｂ）はガラス基板１０を横から見た側面図、（ｃ）はガラス基板１０を他方の表面１２側から見た底面図である。 図３は、第１の実施形態によるアンテナ装置１に用いるガラス基板２０の構造を示す図であり、（ａ）はガラス基板２０を他方の表面２２側から見た平面図、（ｂ）はガラス基板２０を横から見た側面図、（ｃ）はガラス基板２０を一方の表面２１側から見た底面図である。 図４は、本開示の第２の実施形態によるアンテナ装置２の構造を説明するための側面図である。 図５は、第２の実施形態によるアンテナ装置２に用いるガラス基板１０の構造を示す図であり、（ａ）はガラス基板１０を一方の表面１１側から見た平面図、（ｂ）はガラス基板１０を横から見た側面図、（ｃ）はガラス基板１０を他方の表面１２側から見た底面図である。 図６は、第２の実施形態によるアンテナ装置３に用いるガラス基板２０の構造を示す図であり、（ａ）はガラス基板２０を他方の表面２２側から見た平面図、（ｂ）はガラス基板２０を横から見た側面図、（ｃ）はガラス基板２０を一方の表面２１側から見た底面図である。 図７は、本開示の第３の実施形態によるアンテナ装置３に用いるガラス基板１０の構造を示す図であり、（ａ）はガラス基板１０を一方の表面１１側から見た平面図、（ｂ）はガラス基板１０を横から見た側面図、（ｃ）はガラス基板１０を他方の表面１２側から見た底面図である。 図８は、本開示の第４の実施形態によるアンテナ装置４の構造を説明するための側面図である。 図９は、本開示の第５の実施形態によるアンテナ装置５の構造を説明するための側面図である。 図１０は、第５の実施形態によるアンテナ装置５に用いるガラス基板２０の構造を示す図であり、（ａ）はガラス基板２０を他方の表面２２側から見た平面図、（ｂ）はガラス基板２０を横から見た側面図、（ｃ）はガラス基板２０を一方の表面２１側から見た底面図である。 図１１は、誘電体層４０を表面４２側から見た底面図である。 図１２は、本開示の第６の実施形態によるアンテナ装置６の構造を説明するための側面図である。 図１３は、本開示の第７の実施形態によるアンテナ装置７の構造を説明するための側面図である。 図１４は、本開示の第７の実施形態によるアンテナ装置７の構造を説明するための側面図である。 図１５は、本開示の第８の実施形態によるアンテナ装置８の構造を説明するための側面図である。 図１６は、ガラス基板１０を表面１１側から見た平面図である。 図１７は、実施例１のシミュレーション結果を示すグラフである。 図１８は、比較例１のシミュレーションモデルの構造を説明するための側面図である。 図１９は、比較例１のシミュレーション結果を示すグラフである。 図２０は、実施例２のシミュレーション結果を示すグラフである。 図２１は、比較例２のシミュレーション結果を示すグラフである。 図２２は、実施例３のシミュレーション結果を示すグラフである。 図２３は、実施例４のシミュレーション結果を示すグラフであり、樹脂材料の比誘電率εが３．０である場合のシミュレーション結果を示している。 図２４は、実施例４のシミュレーション結果を示すグラフであり、樹脂材料の比誘電率εが４．０である場合のシミュレーション結果を示している。 図２５は、実施例４のシミュレーション結果を示すグラフであり、樹脂材料の比誘電率εが５．０である場合のシミュレーション結果を示している。

以下、添付図面を参照しながら、本開示の好ましい実施形態について詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本開示の第１の実施形態によるアンテナ装置１の構造を説明するための側面図である。

図１に示すように、第１の実施形態によるアンテナ装置１は、成形基板である２つのガラス基板１０，２０を重ねた構成を有している。ガラス基板１０，２０の材料としては、樹脂などの一般的な基板材料よりも比誘電率が低く、好ましくは比誘電率が４未満である低誘電ガラス材料が用いられる。本実施形態においては成形基板の材料としてガラスを用いているが、これに限定されるものではなく、他の溶融固化材料や、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などに代表されるＨＴＣＣなどの焼成材料であれば特に限定されない。

ガラス基板１０，２０の構成はそれぞれ図２及び図３に示されている。図２において、（ａ）はガラス基板１０を一方の表面１１側から見た平面図、（ｂ）はガラス基板１０を横から見た側面図、（ｃ）はガラス基板１０を他方の表面１２側から見た底面図である。また、図３において、（ａ）はガラス基板２０を他方の表面２２側から見た平面図、（ｂ）はガラス基板２０を横から見た側面図、（ｃ）はガラス基板２０を一方の表面２１側から見た底面図である。

図１〜図３に示すように、ガラス基板１０の表面１１には放射電極３１が形成され、ガラス基板１０の表面１２には給電電極３２が形成されている。放射電極３１は、アンテナ信号を放射する第１電極を構成する。給電電極３２は、平面視で放射電極３１の一辺と重なる位置に設けられている。一方、ガラス基板２０の表面２１には、第１のグランド電極であるグランド電極３４が形成されている。グランド電極３４は、切り欠き部３４ａを除くガラス基板２０の表面２１のほぼ全面に形成されている。さらに、ガラス基板２０には、表面２１から表面２２に亘って貫通する貫通導体３３が設けられている。貫通導体３３のうち、表面２１に露出する部分は切り欠き部３４ａに位置しており、これによりグランド電極３４に対して絶縁されるとともに、引き出し部３３ａを介してガラス基板２０のエッジ部分に引き出される。

そして、ガラス基板１０，２０は、貫通導体３３と給電電極３２が接続されるよう、ガラス基板１０の表面１２とガラス基板２０の表面２２を向かい合わせて重ねられる。これにより、引き出し部３３ａから周波数ｆのアンテナ信号が入力されると、貫通導体３３を介してアンテナ信号が給電電極３２に供給される。そして、給電電極３２は、平面視で放射電極３１の一辺と重なる位置に設けられていることから、容量結合によりアンテナ信号が放射電極３１に給電される。アンテナ信号の周波数ｆと真空中における波長λには、以下の関係がある。
λ＝ｆ／ｃ
ここで、「ｃ」は真空中における光速（２．９９７９２４５８×１０^８ｍ／ｓ）である。したがって、アンテナ信号の周波数ｆが２８５ＧＨｚである場合、その真空中における波長λは１０５０μｍとなる。

ガラス基板１０の表面１２と、ガラス基板２０の表面２２の間には、給電電極３２に厚みに相当するギャップＧ０が形成される。ガラス基板１０とガラス基板２０は、ギャップＧ０に充填された樹脂材料によって互いに接着されていても構わない。

本実施形態によるアンテナ装置１は、基板の材料としてガラスを用いていることから、基板の材料として樹脂材料やＬＴＣＣ材料を用いる場合とは異なり、放射電極３１などの導体パターンを形成する時点で基板が硬化した状態にある。このため、未硬化の絶縁材料と導体パターンを交互に形成する一般的な積層工法を用いることができない。そこで、本実施形態においては、２枚のガラス基板１０，２０を用い、その表裏に導体パターンを形成した後、重ね合わせることによってアンテナ装置１を作製する。これにより、３層以上の導体層が必要な場合であっても、ガラス基板１０，２０を用いてこれを実現することが可能となる。

また、ガラスは熱膨張係数が小さく且つ剛性が高いことから、高いパターン精度を得ることができる。しかも、放射電極３１と給電電極３２がガラス基板１０の表裏に形成されていることから、製造ばらつきによって放射電極３１と給電電極３２の距離が変化しない。このため、共振周波数が３００ＧＨｚ帯といった高周波帯域であっても、設計通りの特性を得ることが可能となる。

＜第２の実施形態＞
図４は、本開示の第２の実施形態によるアンテナ装置２の構造を説明するための側面図である。図５は、第２の実施形態によるアンテナ装置２に用いるガラス基板１０の構造を示す図であり、（ａ）はガラス基板１０を一方の表面１１側から見た平面図、（ｂ）はガラス基板１０を横から見た側面図、（ｃ）はガラス基板１０を他方の表面１２側から見た底面図である。図６は、第２の実施形態によるアンテナ装置３に用いるガラス基板２０の構造を示す図であり、（ａ）はガラス基板２０を他方の表面２２側から見た平面図、（ｂ）はガラス基板２０を横から見た側面図、（ｃ）はガラス基板２０を一方の表面２１側から見た底面図である。

図４〜図６に示すように、第２の実施形態によるアンテナ装置２は、ガラス基板１０の表面１２に導体パターン３６が設けられるとともに、ガラス基板２０の表面２２にバンプ電極３５，３７が設けられている点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１と相違する。その他の基本的な構成は、第１の実施形態によるアンテナ装置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。

バンプ電極３５は、ガラス基板２０の表面２２に露出する貫通導体３３の端部に接続されており、所定の高さを有している。本実施形態においては、給電電極３２と貫通導体３３がバンプ電極３５を介して接続される。これにより、給電電極３２とガラス基板２０の表面２２の間には、バンプ電極３５の高さによって規定されるギャップＧ２が形成される。

また、ガラス基板１０，２０を重ねると、複数の導体パターン３６と複数のバンプ電極３７が接続され、これによってガラス基板１０，２０が互いに平行に保持される。つまり、導体パターン３６及びバンプ電極３７は、ガラス基板１０，２０を平行に保持するためのスペーサとして機能する。図５及び図６に示す例では、導体パターン３６及びバンプ電極３７が平面視でガラス基板１０，２０のコーナー部近傍に設けられているが、導体パターン３６及びバンプ電極３７を配置する位置や数については特に限定されない。また、ガラス基板１０，２０を平行に保持するためのスペーサとしては、導体パターン３６及びバンプ電極３７のような導体を用いる必要はなく、絶縁性材料からなる部材を用いても構わないし、成形基板と一体である部材を用いても構わない。

本実施形態によれば、バンプ電極３５の高さやスペーサの高さによって、給電電極３２とガラス基板２０の表面２２の間のギャップＧ２を調整することができる。本実施形態においては、ギャップＧ２間に他の部材が設けられず、空気で満たされている。ギャップＧ２の幅はアンテナ特性に影響を及ぼす。具体的には、共振周波数が３００ＧＨｚ帯である場合、ギャップＧ２を設けることによって共振周波数が高周波側にシフトする。また、ギャップＧ２がゼロである場合に比べ、ギャップＧ２を１０μｍ程度とすることにより、反射特性が向上する。

＜第３の実施形態＞
図７は、本開示の第３の実施形態によるアンテナ装置３に用いるガラス基板１０の構造を示す図であり、（ａ）はガラス基板１０を一方の表面１１側から見た平面図、（ｂ）はガラス基板１０を横から見た側面図、（ｃ）はガラス基板１０を他方の表面１２側から見た底面図である。アンテナ装置３の側面図は、図４に示すとおりである。

図７に示すガラス基板１０は、表面１１に形成された放射電極３１が環状である点において、第２の実施形態によるアンテナ装置２と相違する。その他の基本的な構成は、第２の実施形態によるアンテナ装置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。

本実施形態が例示するように、放射電極３１がベタパターンである必要はなく、環状であっても構わない。

＜第４の実施形態＞
図８は、本開示の第４の実施形態によるアンテナ装置４の構造を説明するための側面図である。

図８に示すように、第４の実施形態によるアンテナ装置４は、ガラス基板１０の表面１２とガラス基板２０の表面２２の間に樹脂材料３８が設けられている点において、第３の実施形態によるアンテナ装置３と相違する。その他の基本的な構成は、第３の実施形態によるアンテナ装置３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。

樹脂材料３８は、ガラス基板１０とガラス基板２０を相互に接着する役割を果たし、ギャップＧ２の内部にも設けられる。本実施形態が例示するように、ギャップＧ２が空気で満たされている必要はなく、ギャップＧ２の少なくとも一部に樹脂材料３８が充填されていても構わない。ギャップＧ２に樹脂材料３８を充填する場合、ギャップＧ２の大きさと樹脂材料３８の比誘電率εの関係は、
Ｇ２＜０．０６（λ／√ε）
を満たすことが好ましい。これによれば、アンテナとして機能する放射帯域を得ることが可能となる。

＜第５の実施形態＞
図９は、本開示の第５の実施形態によるアンテナ装置５の構造を説明するための側面図である。

図９に示すように、第５の実施形態によるアンテナ装置５は、ガラス基板２０の表面２１に形成された誘電体層４０と、誘電体層４０の表面４２に形成された引出導体３９をさらに備えるとともに、貫通導体３３が削除される代わりに、グランド電極３４にスロット３４ｓが設けられている点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１と相違する。その他の基本的な構成は、第１の実施形態によるアンテナ装置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。

図１０は、第５の実施形態によるアンテナ装置５に用いるガラス基板２０の構造を示す図であり、（ａ）はガラス基板２０を他方の表面２２側から見た平面図、（ｂ）はガラス基板２０を横から見た側面図、（ｃ）はガラス基板２０を一方の表面２１側から見た底面図である。また、図１１は、誘電体層４０を表面４２側から見た底面図である。誘電体層４０の表面４２は、ガラス基板２０と対向する表面４１とは反対面である。

図１０及び図１１に示すように、引出導体３９はグランド電極３４に設けられたスロット３４ｓと重なる。これにより、引出導体３９はスロット３４ｓを介して給電電極３２と電磁界結合し、引出導体３９から周波数ｆのアンテナ信号が入力されると、スロット３４ｓを介してアンテナ信号が給電電極３２に供給される。ここで、引出導体３９から見てグランド電極３４とは反対側には別のグランド電極が設けられておらず、これにより、引出導体３９はマイクロストリップ線路を構成する。

本実施形態が例示するように、貫通導体３３を介して給電電極３２に給電することは必須でなく、スロット３４ｓを介して引出導体３９と給電電極３２を電磁界結合させても構わない。また、誘電体層４０の材料としては樹脂を用いることができ、一般的な積層工法によって誘電体層４０及び引出導体３９を形成することができる。

＜第６の実施形態＞
図１２は、本開示の第６の実施形態によるアンテナ装置６の構造を説明するための側面図である。

図１２に示すように、第６の実施形態によるアンテナ装置６は、誘電体層４０の表面４２に第２のグランド電極であるグランド電極３０が形成されているとともに、引出導体３９が誘電体層４０の内部に形成されている点において、第５の実施形態によるアンテナ装置５と相違する。その他の基本的な構成は、第５の実施形態によるアンテナ装置５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。

本実施形態においては、引出導体３９が上下からグランド電極３４，３０で覆われることから、引出導体３９はストリップ線路を構成する。

＜第７の実施形態＞
図１３及び図１４は、本開示の第７の実施形態によるアンテナ装置７の構造を説明するための側面図であり、互いに９０°異なる方向から見た図である。

図１３及び図１４に示すように、第７の実施形態によるアンテナ装置７は、誘電体層４０の内部に引出導体３９が設けられておらず、誘電体層４０の側面４３，４４がそれぞれグランド電極６１，６２で覆われている点において、第６の実施形態によるアンテナ装置６と相違する。その他の基本的な構成は、第６の実施形態によるアンテナ装置６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。

誘電体層４０の側面４３，４４は、誘電体層４０の表面４２に対して垂直であり互いに平行な第１及び第２の側面を構成する。誘電体層４０の平行な側面４５，４６は、側面４３，４４と直交する面であり、この面はグランド電極で覆われていない。グランド電極６１，６２は、それぞれ第３及び第４のグランド電極を構成する。これにより、グランド電極３０，３４，６１，６２で囲まれた誘電体層４０の内部領域が導波管として機能する。導波管に対しては、モード変換器４７などを用いてアンテナ信号を供給することができる。そして、導波管に周波数ｆのアンテナ信号を入力すると、スロット３４ｓを介してアンテナ信号が給電電極３２に供給される。本実施形態が例示するように、スロット３４ｓを介して導波管と給電電極３２を電磁界結合させても構わない。

＜第８の実施形態＞
図１５は、本開示の第８の実施形態によるアンテナ装置８の構造を説明するための側面図である。

図１５に示すように、第８の実施形態によるアンテナ装置８は、放射電極３１の代わりにスロット５０ｓを有する第１電極５０が設けられているとともに、第１電極５０とグランド電極３４が複数の貫通導体５１，５２を介して接続されている点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１と相違する。その他の基本的な構成は、第１の実施形態によるアンテナ装置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。

貫通導体５１は、第１電極５０の周縁に沿って配置された第１の貫通導体であり、その一端は第１電極５０に接続されている。貫通導体５２はグランド電極３４の周縁に沿って配置された第２の貫通導体であり、その一端はグランド電極３４に接続されている。そして、ガラス基板１０とガラス基板２０は、貫通導体５１の他端と貫通導体５２の他端が接続されるよう重ねられている。また、ガラス基板２０には、表面２１から表面２２に亘って貫通する貫通導体３３が設けられている。グランド電極３４のパターン形状は、図３（ｃ）に示した形状と同じであり、貫通導体３３のうち表面２１に露出する部分は、引き出し部３３ａを介してガラス基板２０のエッジ部分に引き出される。或いは、貫通導体３３及び引き出し部３３ａを設ける代わりに、貫通導体５１，５２と干渉しないよう給電電極３２をガラス基板２０のエッジ部分まで伸ばすことによって、給電電極３２に直接アンテナ信号を入力可能としても構わない。

図１６は、ガラス基板１０を表面１１側から見た平面図である。図１６に示すように、第１電極５０に設けられたスロット５０ｓは、平面視で給電電極３２と重なりを有している。これにより、本実施形態によるアンテナ装置８は、スロットアンテナを構成する。

以上、本開示の好ましい実施形態について説明したが、本開示は、上記の実施形態に限定されることなく、本開示の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本開示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。

本開示にかかる技術には、以下の構成例が含まれるが、これに限定されるものではない。

本開示によるアンテナ装置は、第１及び第２の成形基板と、第１の成形基板の一方の表面に形成された第１電極と、第１の成形基板の他方の表面に形成され、平面視で第１電極と重なる給電電極と、第２の成形基板の一方の表面に形成された第１のグランド電極とを備え、第１及び第２の成形基板は、第１の成形基板の他方の表面と第２の成形基板の他方の表面を向かい合わせて重ねられていることを特徴とする。

これによれば、ガラスなどの溶融固化材料やＨＴＣＣなどの焼成材料からなる成形基板を用いたアンテナ装置において、第１の成形基板の表裏に第１電極と給電電極が形成されていることから、製造ばらつきによって第１電極と給電電極の距離が変化することがない。これにより、ガラスなどの溶融固化材料やＨＴＣＣなどの焼成材料からなる成形基板を用いたアンテナ装置において、製造ばらつきなどに起因する特性の変動を抑えることが可能となる。

本開示によるアンテナ装置は、第２の成形基板を貫通して設けられた貫通導体をさらに備え、第１及び第２の成形基板は、貫通導体と給電電極が接続されるよう、重ねられていても構わない。これによれば、貫通導体を介して給電電極に給電することができる。

本開示によるアンテナ装置は、第２の成形基板の他方の表面に露出する貫通導体の端部に設けられたバンプ電極をさらに備え、貫通導体と給電電極は、バンプ電極を介して接続され、給電電極と第２の成形基板の他方の表面の間には、バンプ電極の高さによって規定されるギャップが形成されていても構わない。これによれば、ギャップの幅に応じて特性を調整することが可能となる。

この場合、第１の成形基板の他方の表面と第２の成形基板の他方の表面の間には、ギャップを維持するスペーサが設けられていても構わない。これによれば、ギャップの変動を防止することが可能となる。また、ギャップ内には樹脂材料が設けられていても構わない。これによれば、第１及び第２の成形基板の接着性が高められる。この場合、ギャップの高さをＧ２とし、樹脂材料の比誘電率をεとし、第１電極に給電されるアンテナ信号の真空中における波長をλとした場合、
Ｇ２＜０．０６（λ／√ε）
を満たすことが好ましい。これによれば、アンテナとして機能する放射帯域を得ることが可能となる。

本開示によるアンテナ装置は、第２の成形基板の一方の表面に形成された誘電体層と、誘電体層の内部又は第２の成形基板と対向する面とは反対面に形成された引出導体とをさらに備え、第１のグランド電極は、引出導体と重なるスロットを有し、引出導体は、スロットを介して給電電極と電磁界結合するものであっても構わない。これによれば、貫通導体を用いることなく給電電極に給電することができる。この場合、引出導体は、誘電体層の反対面に形成され、マイクロストリップ線路を構成しても構わない。或いは、誘電体層の反対面に形成された第２のグランド電極をさらに備え、引出導体は、誘電体層の内部に形成され、ストリップ線路を構成しても構わない。

本開示によるアンテナ装置は、第２の成形基板の一方の表面に形成された誘電体層と、誘電体層の第２の成形基板と対向する面とは反対面に形成された第２のグランド電極と、誘電体層の第２の成形基板と対向する面と反対面との間を連結するように伸び、互いに対向する第１及び第２の側面にそれぞれ形成された第３及び第４のグランド電極とをさらに備え、第１のグランド電極は、スロットを有していても構わない。これによれば、第１〜第４のグランド電極によって導波管が構成される。

本開示によるアンテナ装置は、第１電極と接続され、第１の成形基板を貫通して設けられた複数の第１の貫通導体と、第１のグランド電極と接続され、第２の成形基板を貫通して設けられた複数の第２の貫通導体とをさらに備え、第１電極は、平面視で給電電極と重なるスロットを有し、複数の第１の貫通導体は、第１電極の周縁に沿って配置されており、第１及び第２の成形基板は、複数の第１の貫通導体と複数の第２の貫通導体が接続されるよう、重ねられていても構わない。これによれば、スロットアンテナを構成することができる。

＜実施例１＞
第３の実施形態によるアンテナ装置３と同じ構造を有する実施例１のシミュレーションモデルを想定し、ギャップＧ２とアンテナ特性（反射特性：Ｓ１１）の関係をシミュレーションした。

実施例１のシミュレーションモデルにおいては、ガラス基板１０，２０の材料として比誘電率εが３．７、誘電正接ｔａｎδが０．０００２であるガラス材料を想定し、ガラス基板１０の厚みを２４μｍ、ガラス基板２０の厚みを６８μｍとし、ガラス基板１０，２０の平面サイズＷｘ，Ｗｙ（図７参照）をいずれも７００μｍとした。

また、放射電極３１については、図７に示す外径幅ａを１６７μｍ、内径幅ｂを１２９μｍ、厚みを０．２６μｍとした。さらに、給電電極３２の長さＰｌを７２μｍ、幅Ｐｗを１７．８μｍとした。そして、貫通導体３３の径を１１μｍとし、貫通導体３３の中心点ｃと放射電極３１の平面視における距離Ｐｓ１を１２．８μｍ、貫通導体３３の中心点ｃと給電電極３２のエッジの平面視における距離Ｐｓ２を１３．８μｍとした。

シミュレーションの結果を図１７に示す。図１７に示すように、ギャップＧ２がゼロである場合の共振周波数が約２８５ＧＨｚであるのに対し、ギャップＧ２が５μｍ以上である場合には、共振周波数がやや高周波側にシフトした。しかも、ギャップＧ２が５μｍ又は１０μｍである場合には、共振周波数帯における反射が大幅に低下した。また、ギャップＧ２が３０μｍであっても、十分な放射帯域が得られることが分かった。

＜比較例１＞
図１８に示す構造を有する比較例のシミュレーションモデルを想定し、ギャップＧ１とアンテナ特性（反射特性：Ｓ１１）の関係をシミュレーションした。図１８に示すシミュレーションモデルは、給電電極３２がガラス基板２０の表面２２に形成されている点において、実施例１のシミュレーションモデルと相違している。その他のパラメータは、実施例１のシミュレーションモデルと同一である。ギャップＧ１は、給電電極３２とガラス基板１０の表面１２との距離によって定義される。

シミュレーションの結果を図１９に示す。図１９に示すように、ギャップＧ１が１μｍである場合には十分な放射帯域が得られたが、ギャップＧ１が５μｍ又は１０μｍである場合には放射帯域がほぼ消滅し、アンテナ装置として機能しないことが確認された。つまり、ギャップＧ１の僅かな変動でアンテナ特性が著しく変化することが分かる。

＜実施例２＞
第３の実施形態によるアンテナ装置３と同じ構造を有する実施例２のシミュレーションモデルを想定し、ギャップＧ２とアンテナ特性（反射特性：Ｓ１１）の関係をシミュレーションした。

実施例２のシミュレーションモデルにおいては、ガラス基板１０，２０の代わりに比誘電率εが９．２、誘電正接ｔａｎδが０．００８であるＡｌ_２Ｏ_３からなる成形基板を想定し、ガラス基板１０に対応する成形基板の厚みを１８．２μｍ、ガラス基板２０に対応する成形基板の厚みを４６μｍとし、各成形基板の平面サイズＷｘ，Ｗｙ（図７参照）をいずれも５３１μｍとした。

また、放射電極３１については、図７に示す外径幅ａを１０８．５μｍ、内径幅ｂを８３．５μｍ、厚みを０．１７５μｍとした。さらに、給電電極３２の長さＰｌを４６．６μｍ、幅Ｐｗを１１．２μｍとした。そして、貫通導体３３の径を７．２μｍとし、貫通導体３３の中心点ｃと放射電極３１の平面視における距離Ｐｓ１を８．３μｍ、貫通導体３３の中心点ｃと給電電極３２のエッジの平面視における距離Ｐｓ２を９．０μｍとした。

シミュレーションの結果を図２０に示す。図２０に示すように、ギャップＧ２がゼロである場合の共振周波数が約２９０ＧＨｚであるのに対し、ギャップＧ２が１０μｍである場合には、共振周波数が約３１５ＧＨｚにシフトした。共振周波数は、ギャップＧ２が大きくなるほど低周波側にシフトし、ギャップＧ２が４０μｍである場合には、ギャップＧ２がゼロである場合の共振周波数とほぼ同じとなり、ギャップＧ２が４０μｍを超えるとギャップＧ２がゼロである場合の共振周波数よりも低くなった。また、ギャップＧ２が６０μｍであっても、十分な放射帯域が得られることが分かった。

＜比較例２＞
図１８に示す構造を有する比較例のシミュレーションモデルを想定し、ギャップＧ１とアンテナ特性（反射特性：Ｓ１１）の関係をシミュレーションした。その他のパラメータは、実施例２のシミュレーションモデルと同一である。つまり、ガラス基板の代わりにＡｌ_２Ｏ_３からなる成形基板を想定している。

シミュレーションの結果を図２１に示す。図２１に示すように、ギャップＧ１が１０μｍ又は２０μｍである場合には放射帯域が完全に消滅し、アンテナ装置として機能しないことが確認された。

＜実施例３＞
第４の実施形態によるアンテナ装置４と同じ構造を有する実施例３のシミュレーションモデルを想定し、ギャップＧ２とアンテナ特性（反射特性：Ｓ１１）の関係をシミュレーションした。樹脂材料３８としては、比誘電率が４．４であるエポキシ樹脂を想定した。その他のパラメータは、実施例１のシミュレーションモデルと同一である。

シミュレーションの結果を図２２に示す。図２２に示すように、ギャップＧ２に樹脂材料３８を埋め込んだ場合、ギャップＧ２が広くなるほど共振周波数が低周波側にシフトした。しかしながら、ギャップＧ２が３０μｍである場合には放射帯域が完全に消滅し、アンテナ装置として機能しないことが確認された。

＜実施例４＞
第４の実施形態によるアンテナ装置４と同じ構造を有する実施例４のシミュレーションモデルを想定し、ギャップＧ２及び樹脂材料３８の比誘電率εとアンテナ特性（反射特性：Ｓ１１）の関係をシミュレーションした。その他のパラメータは、実施例３のシミュレーションモデルと同一である。

シミュレーションの結果を図２３〜図２５に示す。図２３は樹脂材料３８の比誘電率εが３．０である場合のシミュレーション結果であり、図２４は樹脂材料３８の比誘電率εが４．０である場合のシミュレーション結果であり、図２５は樹脂材料３８の比誘電率εが５．０である場合のシミュレーション結果である。共振周波数ｆが２８５ＧＨｚ（λ＝１０５０μｍ）である場合、０．０６（λ／√ε）の値は、εが３．０であれば３６．４μｍ、εが４．０であれば３１．５μｍ、εが５．０であれば２８．２μｍである。

図２３に示すように、比誘電率εが３．０である場合、ギャップＧ２が０．０６（λ／√ε）の値（＝３６．４μｍ）未満であれば放射帯域が現れたが、ギャップＧ２が０．０６（λ／√ε）の値（＝３６．４μｍ）以上であれば放射帯域が消滅した。図２４に示すように、比誘電率εが４．０である場合、ギャップＧ２が０．０６（λ／√ε）の値（＝３１．５μｍ）未満であれば放射帯域が現れたが、ギャップＧ２が０．０６（λ／√ε）の値（＝３１．５μｍ）以上であれば放射帯域が消滅した。図２５に示すように、比誘電率εが５．０である場合、ギャップＧ２が０．０６（λ／√ε）の値（＝２８．２μｍ）未満であれば放射帯域が現れたが、ギャップＧ２が０．０６（λ／√ε）の値（＝２８．２μｍ）以上であれば放射帯域が消滅した。

１〜８ アンテナ装置
１０ 第１のガラス基板（第１の成形基板）
１１ 第１のガラス基板の一方の表面
１２ 第１のガラス基板の他方の表面
２０ 第２のガラス基板（第２の成形基板）
２１ 第２のガラス基板の一方の表面
２２ 第２のガラス基板の他方の表面
３０ グランド電極
３１ 放射電極（第１電極）
３２ 給電電極
３３ 貫通導体
３３ａ 引き出し部
３４ グランド電極
３４ａ 切り欠き部
３４ｓ スロット
３５，３７ バンプ電極
３６ 導体パターン
３８ 樹脂材料
３９ 引出導体
４０ 誘電体層
４１，４２ 誘電体層の表面
４３〜４６ 誘電体層の側面
４７ モード変換器
５０ 第１電極
５０ｓ スロット
５１，５２ 貫通導体
６１，６２ グランド電極
Ｇ０〜Ｇ２ ギャップ

Claims (12)

1. 第１及び第２の成形基板と、
   前記第１の成形基板の一方の表面に形成された第１電極と、
   前記第１の成形基板の他方の表面に形成され、平面視で前記第１電極と重なる給電電極と、
   前記第２の成形基板の一方の表面に形成された第１のグランド電極と、を備え、
   前記第１及び第２の成形基板は、前記第１の成形基板の前記他方の表面と前記第２の成形基板の他方の表面を向かい合わせて重ねられていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記第２の成形基板を貫通して設けられた貫通導体をさらに備え、
   前記第１及び第２の成形基板は、前記貫通導体と前記給電電極が接続されるよう、重ねられている請求項１に記載のアンテナ装置。
3. 前記第２の成形基板の前記他方の表面に露出する前記貫通導体の端部に設けられたバンプ電極をさらに備え、
   前記貫通導体と前記給電電極は、前記バンプ電極を介して接続され、
   前記給電電極と前記第２の成形基板の前記他方の表面の間には、前記バンプ電極の高さによって規定されるギャップが形成されていることを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。
4. 前記第１の成形基板の前記他方の表面と前記第２の成形基板の前記他方の表面の間には、前記ギャップを維持するスペーサが設けられていることを特徴とする請求項３に記載のアンテナ装置。
5. 前記ギャップ内に樹脂材料が設けられていることを特徴とする請求項３又は４に記載のアンテナ装置。
6. 前記ギャップの高さをＧ２とし、前記樹脂材料の比誘電率をεとし、前記第１電極に給電されるアンテナ信号の真空中における波長をλとした場合、
   Ｇ２＜０．０６（λ／√ε）
   を満たすことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
7. 前記第２の成形基板の前記一方の表面に形成された誘電体層と、
   前記誘電体層の内部又は前記第２の成形基板と対向する面とは反対面に形成された引出導体と、をさらに備え、
   前記第１のグランド電極は、前記引出導体と重なるスロットを有し、
   前記引出導体は、前記スロットを介して前記給電電極と電磁界結合する、請求項１に記載のアンテナ装置。
8. 前記引出導体は、前記誘電体層の前記反対面に形成され、マイクロストリップ線路を構成する、請求項７に記載のアンテナ装置。
9. 前記誘電体層の前記反対面に形成された第２のグランド電極をさらに備え、
   前記引出導体は、前記誘電体層の前記内部に形成され、ストリップ線路を構成する、請求項７に記載のアンテナ装置。
10. 前記第２の成形基板の前記一方の表面に形成された誘電体層と、
    前記誘電体層の前記第２の成形基板と対向する面とは反対面に形成された第２のグランド電極と、
    前記誘電体層の前記第２の成形基板と対向する面と前記反対面との間を連結するように伸び、互いに対向する第１及び第２の側面にそれぞれ形成された第３及び第４のグランド電極と、をさらに備え、
    前記第１のグランド電極は、スロットを有する請求項１に記載のアンテナ装置。
11. 前記第１電極と接続され、前記第１の成形基板を貫通して設けられた複数の第１の貫通導体と、
    前記第１のグランド電極と接続され、前記第２の成形基板を貫通して設けられた複数の第２の貫通導体と、をさらに備え、
    前記第１電極は、平面視で前記給電電極と重なるスロットを有し、
    前記複数の第１の貫通導体は、前記第１電極の周縁に沿って配置されており、
    前記第１及び第２の成形基板は、前記複数の第１の貫通導体と前記複数の第２の貫通導体が接続されるよう、重ねられている請求項１に記載のアンテナ装置。
12. 前記第１及び第２の成形基板がガラス材料からなることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のアンテナ装置。

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