JP3735582B2

JP3735582B2 - 積層誘電体アンテナ

Info

Publication number: JP3735582B2
Application number: JP2002068986A
Authority: JP
Inventors: 好正杉本
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-03-13
Filing date: 2002-03-13
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2022-03-13
Also published as: JP2003273640A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器、その他の各種通信機器等において使用される積層誘電体を使用した偏波共用アンテナに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信機器、その他の各種通信機器等において使用される従来の積層誘電体を使用した偏波共用アンテナとしては、例えば偏波共用パッチアンテナが知られている（例えば、図説・アンテナ、電子情報通信学会、1995年発行を参照）。その構造の一例を、図６に透視斜視図で、図７に透視平面図で示す。これらの図において、111は第１の誘電体層、112は第１の誘電体層111の上に積層された第２の誘電体層、121は第２の誘電体層112の上面に配された放射導体、141は第１の誘電体層111の下面に配された略Ｌ字形状の線路導体、142ａは第１および第２の誘電体層111・112を貫通して配され、線路導体141と放射導体121の中心から線路導体141の長手方向（図６および図７中にＸ方向で示す）にずらした点とを電気的に接続する第１の接続導体、142ｂは第１および第２の誘電体層111・112を貫通して配され、線路導体141の一端と放射導体121の中心から線路導体141の長手方向と直交する方向（図６および図７中にＹ方向で示す）にずらした位置とを電気的に接続する第２の接続導体、131は第１および第２の誘電体層111・112の間に配された接地導体、143ａは接地導体131に配され、第１の接続導体142ａと接地導体131とを電気的に絶縁する第１の開口部、143ｂは接地導体131に配され、第２の接続導体142ｂと接地導体131とを電気的に絶縁する第２の開口部である。なお、図７においては第１および第２の誘電体層111・112の図示は省略している。
【０００３】
従来の積層誘電体アンテナでは、第１の接続導体142ａを放射導体121の中心からＸ方向にずらした位置に接続することにより、放射導体121上にＸ方向の共振電流が生じ、Ｘ−Ｚ面を偏波面とする電波が放射されるとともに、第２の接続導体142ｂを放射導体121の中心からＹ方向にずらした位置に接続することにより、放射導体121上にＹ方向の共振電流が生じ、Ｙ−Ｚ面を偏波面とする電波が供給され放射されることによって、偏波共用アンテナとして用いることができる。
【０００４】
このとき接地導体131より下の部分は給電回路としての働きを持ち、線路導体141の一端から高周波電流が給電され、第１および第２の接続導体142ａ・142ｂにより放射導体121に高周波電流が供給されるが、接続導体141が下面に配される第１の誘電体層111の厚みはアンテナの特性になんら寄与しない。一方、接地導体131より上の部分はアンテナとしての働きを持ち、上述のように第１および第２の接続導体142ａ・142ｂから放射導体121に高周波電流が給電されるが、放射導体121が上面に配される第２の誘電体層112の厚みは、帯域幅・利得等のアンテナの特性に大きく影響する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の積層誘電体を使用した偏波共用アンテナにおいては、接地導体131の下方に線路導体141を配するので、接地導体131の下に線路導体141を配するための、アンテナ特性の点からは必ずしも必要とは言えない第１の誘電体層111を設ける必要があることから、アンテナ全体の厚みが厚くなってしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明は上記問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的は、低背な偏波共用アンテナとして使用可能な積層誘電体アンテナを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の積層誘電体アンテナは、第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の上に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層の上面に配された略四角形状の放射導体と、前記第１および第２の誘電体層の間の前記放射導体と対向する位置に、長手方向が前記放射導体の一辺と平行に配され、先端が前記長手方向と直行する方向に曲げられた線路導体と、前記第２の誘電体層を貫通して配され、前記線路導体の前記先端と前記放射導体の中心から前記線路導体の長手方向と直交する方向にずらした位置とを電気的に接続する接続導体と、前記第１の誘電体層の下面に配された接地導体とを具備し、前記線路導体の長手部分と前記放射導体との電磁結合によって、前記放射導体上に前記線路導体の前記長手方向の共振電流が生じることを特徴とするものである。
【０００８】
本発明の第２の積層誘電体アンテナは、第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の上に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層の上面に配された略円形状の放射導体と、前記第１および第２の誘電体層の間の前記放射導体と対向する位置に配され、先端が長手方向と直行する方向に曲げられた線路導体と、前記第２の誘電体層を貫通して配され、前記線路導体の前記先端と前記放射導体の中心から前記線路導体の長手方向と直交する方向にずらした位置とを電気的に接続する接続導体と、前記第１の誘電体層の下面に配された接地導体とを具備し、前記線路導体の長手部分と前記放射導体との電磁結合によって、前記放射導体上に前記線路導体の前記長手方向の共振電流が生じることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の第１および第２の積層誘電体アンテナによれば、線路導体の長手部分と放射導体との電磁結合によって放射導体上に線路導体の長手方向の共振電流が生じ、線路導体の長手方向と平行な面を偏波面とする電波が放射されるとともに、接続導体の一端を放射導体の中心から線路導体の長手方向と直交する方向にずらした位置に接続することにより放射導体上に線路導体の長手方向と直交する方向の共振電流が生じ、線路導体の長手方向と直交する面を偏波面とする電波が放射されることによって、偏波共用アンテナとして動作させることができる。また、線路導体は第１および第２の誘電体層の間に配されるため、従来の積層誘電体アンテナの例のように接地導体の下にアンテナ特性の点からは必ずしも必要ではない誘電体層を配する必要がないので、低背な偏波共用アンテナとして使用可能な積層誘電体アンテナを提供することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の積層誘電体アンテナを図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
図１および図２は、それぞれ本発明の第１の積層誘電体アンテナの実施の形態の一例を示す透視斜視図および透視平面図である。これらの図において、11は第１の誘電体層、12は第１の誘電体層11の上に積層された第２の誘電体層、21は第２の誘電体層12の上面に配された略四角形状の放射導体、41は第１および第２の誘電体層11・12の間の放射導体21と対向する位置に、長手方向（図１および図２中にＸ方向で示す）が放射導体21の一辺と平行に配され、一端がそれと直交する方向（図１および図２中にＹ方向で示す）に曲げられた略Ｌ字形状の線路導体、42は第２の誘電体層12を貫通して配され、線路導体41の一端（略Ｌ字形状に曲げられた先端）と放射導体21の中心から線路導体41の長手方向と直交する方向（図１および図２中にＹ方向で示す）にずらした位置とを電気的に接続する接続導体、31は第１の誘電体層11の下面に配された接地導体である。なお、図２においては第１および第２の誘電体層11・12の図示は省略している。
【００１２】
また、図３は本発明の第２の積層誘電体アンテナの実施の形態の一例を示す図１と同様の透視斜視図である。図３において図１と同様の箇所には同じ符号を付してあり、11は第１の誘電体層、12は第１の誘電体層11の上に積層された第２の誘電体層、21は第２の誘電体層12の上面に配された略円角形状の放射導体、41は第１および第２の誘電体層11・12の間の放射導体21と対向する位置に配された略Ｌ字形状の線路導体、42は第２の誘電体層12を貫通して配され、線路導体41の一端と放射導体21の中心から線路導体41の長手方向と直交する方向（図３中にＹ方向で示す）にずらした位置とを電気的に接続する接続導体、31は第１の誘電体層11の下面に配された接地導体である。
【００１３】
このように構成された本発明の第１および第２の積層誘電体アンテナによれば、線路導体41の長手方向の部分とこの部分が対向している放射導体21との電磁結合によって放射導体21から線路導体41の長手方向と平行な面（Ｘ−Ｚ面）を偏波面とする電波が放射されるとともに、接続導体42の一端を放射導体21の中心から線路導体41の長手方向と直交する方向にずらした位置に接続することにより放射導体21から線路導体41の長手方向と直交する面（Ｙ−Ｚ面）を偏波面とする電波が放射されることによって、偏波共用アンテナとして動作させることができる。また、線路導体41は第１および第２の誘電体層11・12の間に配されるため、従来の積層誘電体アンテナの例のように接地導体31の下にアンテナ特性の点からは必ずしも必要ではない誘電体層を配する必要がなく、誘電体層の積層数を増やす必要がないので、低背な偏波共用アンテナとして使用可能な積層誘電体アンテナを提供することができる。
【００１４】
また、本発明の第１の積層誘電体アンテナにおいては、積層誘電体アンテナ全体の外形が図１および図２に示すような略直方体状である場合には、放射導体21をその形状に沿った形状として面積を広く取ることができるので、周波数帯域を広帯域化させることができる。また同様に、本発明の第２の積層誘電体アンテナにおいては、積層誘電体アンテナ全体の外形が図３に示すような略円柱状である場合には、放射導体21をその形状に沿った形状として面積を広く取ることができるので、周波数帯域を広帯域化させることができる。
【００１５】
本発明の積層誘電体アンテナを形成するに当たり、第１および第２の誘電体層11・12・放射導体21・接地導体31・線路導体41・接続導体42には、周知の高周波用配線基板に使用される種々の材料・形態のものと同様のものを使用することができる。
【００１６】
第１および第２の誘電体層11・12としては、例えばアルミナセラミックス・ムライトセラミックス等のセラミックス材料やガラスセラミックス等の無機系材料、あるいは四フッ化エチレン−エチレン樹脂（ポリテトラフルオロエチレン；ＰＴＦＥ）・四フッ化エチレン−エチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合樹脂；ＥＴＦＥ）・四フッ化エチレン−パーフルオロアルコキシエチレン共重合樹脂（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂；ＰＦＡ）等のフッ素樹脂やガラスエポキシ樹脂・ポリイミド等の樹脂系材料等が用いられる。これらの材料による第１および第２の誘電体層11・12の形状や寸法（厚みや幅・長さ）は、使用される周波数や用途等に応じて設定される。
【００１７】
放射導体21・接地導体31・線路導体41・接続導体42は、高周波信号伝送用の金属材料の導体層、例えばＣｕ層・Ｍｏ−Ｍｎのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの・Ｗのメタライズ層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの・Ｃｒ−Ｃｕ合金層・Ｃｒ−Ｃｕ合金層上にＮｉメッキ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの・Ｔａ₂Ｎ層上にＮｉ−Ｃｒ合金層およびＡｕメッキ層を被着させたもの・Ｔｉ層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの、またはＮｉ−Ｃｒ合金層上にＰｔ層およびＡｕメッキ層を被着させたもの等を用いて、厚膜印刷法あるいは各種の薄膜形成方法やメッキ法等により形成される。その厚みや幅等も、伝送される高周波信号の周波数や用途等に応じて設定される。
【００１８】
本発明の積層誘電体アンテナの作製方法としては、例えば第１および第２の誘電体層11・12がガラスセラミックスから成る場合であれば、まず第１・第２の誘電体層11・12となるガラスセラミックスのグリーンシートを準備し、これに所定の打ち抜き加工を施して接続導体42としての貫通導体が形成される貫通孔を形成した後、スクリーン印刷法によりＣｕ等の導体ペーストを貫通孔に充填するとともに、線路導体41となる所定の伝送線路パターンおよびその他の放射導体21・接地導体31となる導体層のパターンを印刷塗布する。次に、850〜1000℃で焼成を行ない、最後に各導体および導体層の表面にＮｉメッキおよびＡｕメッキを施す。
【００１９】
図４および図５は、それぞれ図１および図２に示す本発明の第１の積層誘電体アンテナの実施の形態の一例の共振周波数におけるＸ−Ｚ面偏波およびＹ−Ｚ面偏波を示す放射特性線図である。図４および図５において、円の外周の数字は頂点方向（図１および図２中にＺ方向で示す）を０°とした方位を示す角度（単位：°）、縦軸は利得（単位：ｄＢｉ）であり、特性曲線は放射特性、すなわち利得の方位特性を示している。この線図に示す放射特性は、電磁界シミュレーションを用いて得たものである。図４および図５より、Ｘ−Ｚ面およびＹ−Ｚ面の直交する二面において偏波面を有する放射特性が得られており、偏波共用アンテナとして動作していることが分かる。
【００２０】
図４および図５に示す放射特性を得た本発明の第１の積層誘電体アンテナにおいては、第１の誘電体層11の厚み：Ｈ11を２ｍｍ、第２の誘電体層12の厚み：Ｈ12を２ｍｍ、放射導体21の一辺の長さ：Ｌ21を10ｍｍ、各誘電体層11・12の比誘電率を26とした。
【００２１】
また、図８および図９は、それぞれ図６および図７に示す従来の積層誘電体アンテナの実施の形態の一例の共振周波数におけるＸ−Ｚ面偏波およびＹ−Ｚ面偏波を示す、図４および図５と同様の放射特性線図である。図８および図９において、円の外周の数字は頂点方向（図６および図７にＺ方向で示す）を０°とした方位を示す角度（単位：°）、縦軸は利得（単位：ｄＢｉ）であり、特性曲線は放射特性、すなわち利得の方位特性を示している。この線図に示す放射特性も、電磁界シミュレーションを用いて得たものである。図８および図９より、Ｘ−Ｚ面およびＹ−Ｚ面の直交する二面において偏波面を有する放射特性が得られており、偏波共用アンテナとして動作していることが分かる。
【００２２】
図８および図９に示す放射特性を得た従来の積層誘電体アンテナにおいては、第１の誘電体層111の厚み：Ｈ111を２ｍｍ、第２の誘電体層112の厚み：Ｈ112を４ｍｍ、放射導体121の一辺の長さ：Ｌ121を10ｍｍ、各誘電体層111・112の比誘電率を26とした。
【００２３】
なお、この従来の積層誘電体アンテナは、図４および図５に示す結果を得た本発明の第１の積層誘電体アンテナと比べて、接地導体131の下に第１の誘電体層111が配されている点、線路導体141が第１の誘電体層111の下面に配されている点、第２の接続導体142ｂが配されている点、第１および第２の開口部143ａ・143ｂが配されている点の他はすべて同じ条件である。第２の誘電体層112の厚み、すなわち放射導体121と接地導体131との距離を４ｍｍとしたのは本発明の第１の積層誘電体アンテナの放射導体21と接地導体31との距離である第１および第２の誘電体層11・12の厚みの合計４ｍｍに一致させたためである。以上より、アンテナの厚みに関しては、図４および図５の結果を得た本発明の第１の積層誘電体アンテナの厚みは４ｍｍであるのに対して、図８および図９の結果を得るのに用いた従来の積層誘電体アンテナの厚みは６ｍｍとなり、本発明の積層誘電体アンテナの方が低背である。すなわち、図１および図２に示す本発明の積層誘電体アンテナによれば、図６および図７に示す従来の積層誘電体アンテナによる偏波共用アンテナのように接地導体131の下に誘電体層111を配する必要がないので、低背な偏波共用アンテナとして使用可能な積層誘電体アンテナを提供することができる。
【００２４】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、放射導体を接地導体に対向する位置に複数個配してもよく、そのような構成にすると、各放射導体で共振を起こさせて、多周波共用特性を得ることができる。また、線路導体41を略Ｌ字形状とする際に、図10に図２と同様の透視平面図で示すように略Ｌ字形状の屈曲した部分を湾曲させた形状の線路導体41’としてもよく、このような構成にすると、略Ｌ字形状として図２に示すように略直角に屈曲させた線路導体41と比べて線路導体41’の長さが短くなるため伝送損失が低減され、放射効率を向上させることができる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明の第１および第２の積層誘電体アンテナによれば、第１の誘電体層と、この第１の誘電体層の上に積層された第２の誘電体層と、この第２の誘電体層の上面に配された略四角形状または略円形状の放射導体と、前記第１および第２の誘電体層の間の前記放射導体と対向する位置に配された略Ｌ字形状の線路導体と、前記第２の誘電体層を貫通して配され、前記線路導体の一端と前記放射導体の中心から前記線路導体の長手方向と直交する方向にずらした位置とを電気的に接続する接続導体と、前記第１の誘電体層の下面に配された接地導体とを具備することから、線路導体の長手部分と放射導体との電磁結合によって放射導体から線路導体の長手方向と平行な面を偏波面とする電波が放射されるとともに、接続導体を放射導体の中心から線路導体の長手方向と直交する方向にずらした位置に接続することにより放射導体から線路導体の長手方向と直交する面を偏波面とする電波が放射されることによって、偏波共用アンテナとして動作させることができる。また、線路導体は第１および第２の誘電体層の間に配されるため、従来の積層誘電体アンテナの例のように接地導体の下にアンテナ特性の点からは必ずしも必要ではない誘電体層を配する必要がないので、低背な偏波共用アンテナとして使用可能な積層誘電体アンテナを提供することができる。
【００２６】
以上のように、本発明によれば、積層誘電体アンテナにおいて、低背な偏波共用アンテナとして使用可能な積層誘電体アンテナを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の積層誘電体アンテナの実施の形態の一例を示す透視斜視図である。
【図２】本発明の第１の積層誘電体アンテナの実施の形態の一例を示す透視平面図である。
【図３】本発明の第２の積層誘電体アンテナの実施の形態の一例を示す透視斜視図である。
【図４】本発明の第１の積層誘電体アンテナの放射特性の一例を示す線図である。
【図５】本発明の第１の積層誘電体アンテナの放射特性の一例を示す線図である。
【図６】従来の積層誘電体アンテナの一例を示す透視斜視図である。
【図７】従来の積層誘電体アンテナの一例を示す透視平面図である。
【図８】従来の積層誘電体アンテナの放射特性の一例を示す線図である。
【図９】従来の積層誘電体アンテナの放射特性の一例を示す線図である。
【図１０】本発明の第１の積層誘電体アンテナの実施の形態の他の例を示す透視平面図である。
【符号の説明】
11・・・第１の誘電体層
12・・・第２の誘電体層
21・・・放射導体
31・・・接地導体
41、41’・・・線路導体
42・・・接続導体

Claims

第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の上に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層の上面に配された略四角形状の放射導体と、前記第１および第２の誘電体層の間の前記放射導体と対向する位置に、長手方向が前記放射導体の一辺と平行に配され、先端が前記長手方向と直行する方向に曲げられた線路導体と、前記第２の誘電体層を貫通して配され、前記線路導体の前記先端と前記放射導体の中心から前記線路導体の長手方向と直交する方向にずらした位置とを電気的に接続する接続導体と、前記第１の誘電体層の下面に配された接地導体とを具備し、前記線路導体の長手部分と前記放射導体との電磁結合によって、前記放射導体上に前記線路導体の前記長手方向の共振電流が生じることを特徴とする積層誘電体アンテナ。
第１の誘電体層と、該第１の誘電体層の上に積層された第２の誘電体層と、該第２の誘電体層の上面に配された略円形状の放射導体と、前記第１および第２の誘電体層の間の前記放射導体と対向する位置に配され、先端が長手方向と直行する方向に曲げられた線路導体と、前記第２の誘電体層を貫通して配され、前記線路導体の前記先端と前記放射導体の中心から前記線路導体の長手方向と直交する方向にずらした位置とを電気的に接続する接続導体と、前記第１の誘電体層の下面に配された接地導体とを具備し、前記線路導体の長手部分と前記放射導体との電磁結合によって、前記放射導体上に前記線路導体の前記長手方向の共振電流が生じることを特徴とする積層誘電体アンテナ。